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EDIFÍCIOS SOLARES

FOTOVOLTAICOS


Ricardo Rüther

EDIFÍCIOS SOLARES

FOTOVOLTAICOS

O Potencial da Geração Solar Fotovoltaica

Integrada a Edificações Urbanas e Interligada à

Rede Elétrica Pública no Brasil

Florianópolis

2004


Copyright© 2004 UFSC / LABSOLAR

Todos os direitos reservados pela

Editora UFSC / LABSOLAR, 2004

1ª edição - 2004

É proibida a reprodução total ou parcial por

quaisquer meios sem autorização por escrito da

editora.

Capa e Projeto Gráfico

Amanda Amanda Maykot Maykot

Maykot

Revisão

Alexandre Alexandre de de Albuquerque Albuquerque Montenegro

Montenegro

Montenegro

Impresso no Brasil

R974e Rüther, Ricardo

Edifícios solares fotovoltaicos : o potencial da geração solar

fotovoltaica integrada a edificações urbanas e interligada à rede

elétrica pública no Brasil / Ricardo Rüther. – Florianópolis :

LABSOLAR, 2004.

114 p. : il.

Inclui bibliografia

ISBN 85-87583-04-2

1. Conversão fotovoltaica de energia. 2. Energia elétrica –

Edifícios. 3. Energia solar. 4. Recursos energéticos – Brasil.

5. Energia renovável. 6. Geração descentralizada. I.Título.

CDU:621.47

Catalogação na publicação por: Onélia Silva Guimarães CRB-14/071

Editora Editora UFSC UFSC / / LABSOLAR

LABSOLAR

Laboratório de Energia Solar

Universidade Federal de Santa Catarina

Depto. de Engenharia Mecânica

Bloco A - 3° andar

Campus universitário Trindade

88040-900 Florianópolis - SC - Brasil

Tel: (48) 331-9379

http://www.labsolar.ufsc.br

ruther@mbox1.ufsc.br


Índice

Prefácio

1. Introdução

2. Sistemas solares fotovoltaicos no entorno construído

3. Componentes de um sistema solar fotovoltaico integrado

a uma edificação urbana e interligado à rede elétrica

4. Legislação em vigor e normas ABNT

5. Módulo solar fotovoltaico

5.1. Tecnologias fotovoltaicas comercialmente disponíveis

5.1.1. Silício cristalino (c-Si)

5.1.2. Silício amorfo hidrogenado (a-Si)

5.1.3. Telureto de cádmio (CdTe)

5.1.4. Disseleneto de cobre (gálio) e índio (CIS e CIGS)

6. Rendimento do gerador fotovoltaico

7. Sistema inversor ou conversor CC – CA

7.1. Eficiência

7.2. Segurança (fenômeno islanding)

7.3. Qualidade da energia gerada

7.4. Compatibilidade com o arranjo fotovoltaico

7.5. Outras características

8. Aterramento

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. Índice .


. Índice .

9. Segurança das instalações

10. Conexão elétrica dos módulos solares fotovoltaicos

11. Conexão elétrica do gerador fotovoltaico à rede

convencional

11.1. Medidores de energia

11.2. Instalação elétrica

12. Custos

13. Vantagens para o sistema elétrico

13.1. Fator Efetivo de Capacidade de Carga (FECC) de

sistemas solares fotovoltaicos

14. Edifícios solares fotovoltaicos no Brasil

15. Exemplos de outros edifícios solares fotovoltaicos

15.1. Instalações residenciais

15.2. Instalações comerciais

15.3. Instalações industriais

16. Atlas Solarimétrico do Brasil e Atlas Fotovoltaico do Brasil

17. Potencial da energia solar fotovoltaica no Brasil

18. Conclusões

Agradecimentos

Referências bibliográficas

Edifícios Solares Fotovoltaicos

Anexo I: Resolução ANEEL 112, de 18 de maio de 1999

Anexo II: Mapas sazonais do Atlas Solarimétrico do Brasil

Anexo III: Sites da Internet com informações adicionais relativas aos

Edificios Solares Fotovoltaicos e outras Fontes Renováveis

de Energias

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Ricardo Rüther

Prefácio

Através do efeito fotovoltaico, células solares convertem

diretamente a energia do sol em energia elétrica de forma estática,

silenciosa, não-poluente e renovável. Este livro descreve uma das

mais recentes e promissoras aplicações da tecnologia fotovoltaica:

a integração de painéis solares ao entorno construído, de forma

descentralizada e com interligação da instalação geradora à rede

elétrica.

Uma característica fundamental de sistemas

fotovoltaicos instalados no meio urbano é principalmente a

possibilidade de interligação à rede elétrica pública, dispensando

assim os bancos de baterias necessários em sistemas do tipo

autônomo e os elevados custos e manutenção decorrentes.

Na configuração mais comum, estes sistemas são

instalados de tal maneira que, quando o gerador solar fornece mais

energia do que a necessária para o atendimento da instalação

consumidora, o excesso é injetado na rede elétrica: a instalação

consumidora acumula um crédito energético (o relógio contador típico

é bidirecional e neste caso anda para trás). Por outro lado, quando o

sistema solar gera menos energia do que a demandada pela instalação

consumidora, o déficit é suprido pela rede elétrica. Perdas por

transmissão e distribuição, comuns ao sistema tradicional de geração

centralizada, são assim minimizados. Outra vantagem destes

sistemas é o fato de representarem usinas descentralizadas que não

ocupam área extra, pois estão integradas ao envelope da edificação.

O livro descreve os tipos de módulos fotovoltaicos

comercialmente disponíveis, os circuitos elétricos e os dispositivos

de medição e proteção envolvidos em tais instalações, além de

apresentar exemplos de sistemas deste tipo no Brasil e no mundo.

07

. Prefácio .


08

. Introdução .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

1.

Introdução

Diariamente incide sobre a superfície da terra mais energia

vinda do sol do que a demanda total de todos os habitantes de nosso

planeta em todo um ano 1 . Dentre as diversas aplicações da energia

solar, a geração direta de eletricidade através do efeito fotovoltaico 2

se apresenta como uma das mais elegantes formas de gerar potência

elétrica.

Desde o surgimento das primeiras células solares

fotovoltaicas, de elevado custo e utilizadas na geração de energia

elétrica para os satélites que orbitam nosso planeta, as tecnologias

de produção evoluíram a tal ponto que se tornou economicamente

viável em muitos casos a sua utilização em aplicações terrestres, no

fornecimento de energia elétrica a locais até onde a rede elétrica pública

não foi estendida. Tais sistemas, ditos remotos ou autônomos (figura

1a), necessitam quase sempre de um meio de acumulação da energia

1 o O Sol pode ser considerado como um reator a fusão nuclear operando a cerca de 100.000.000 C,

a uma distância média da terra de cerca de 150.000.000km.

A A constante constante solar solar: solar solar No topo da atmosfera a radiação solar é reduzida a 1353W/m2 ; esta constante é

chamada constante solar (G ou G ). Ao atravessar a atmosfera, a radiação solar sofre

extraterrestre AM0

atenuação por absorção por O (UV), H O (IR) e CO (IR) e espalhamento pelo Ar, vapor d’água e

3 2 2

poeira. Assim, a intensidade de radiação que chega à superfície da terra ao meio-dia é da ordem de

1000W/m2 , também denominada 1 SOL.

O O fluxo fluxo solar solar e e a a demanda demanda energética energética energética da da terra terra: terra O fluxo solar, energia radiante ou potência instantânea

total que incide sobre a terra é da ordem de 1,75 x 1017 W (raio da terra = 6,4 x 106m; área da seção

reta da terra = 1,3 x 1014m2 ; G = 1,353W/m AM0 2 ). Por outro lado, a demanda energética mundial é da

ordem de 3,4 x 106Wh/ano. Assim, podemos calcular o tempo necessário para que incida sobre a terra

uma quantidade de energia solar equivalente à demanda energética mundial anual: t = (3,4 x 1016 x

60) / 1,75 x 1017 = ~ 12 12 minutos minutos !!!!

!!!!

2 Quando os fótons contidos na energia do sol incidem sobre um material semicondutor (e.g. silício)

com determinadas características elétricas (junção elétrica p-n ou p-i-n), a energia de uma fração

destes fótons pode excitar elétrons no semicondutor, que por sua vez poderão dar origem a uma

corrente elétrica. Para um maior detalhamento sobre os fundamentos do efeito fotovoltaico, ver por

exemplo, Hovell, 1975; Neville, 1978; Green, 1982.


Ricardo Rüther

gerada, normalmente um banco de baterias, para suprir a demanda

em períodos quando a geração solar é insuficiente ou à noite. Mais

recentemente, sistemas solares fotovoltaicos vêm sendo utilizados

de forma interligada à rede elétrica pública, como usinas geradoras

em paralelo às grandes centrais geradoras elétricas convencionais.

Desta forma fica dispensado o sistema acumulador (baterias), seu

elevado custo e manutenção envolvidos, já que a “bateria” da

instalação solar fotovoltaica interligada à rede elétrica é a própria

rede elétrica, como será visto em maior detalhe a seguir.

Instalações solares fotovoltaicas interligadas à rede

elétrica pública podem apresentar duas configurações distintas:

podem ser instaladas (i) de forma integrada a uma edificação (e.g. no

telhado ou fachada de um prédio, como mostra a figura 1b, e portanto

junto ao ponto de consumo); ou (ii) de forma centralizada como em

uma usina central geradora convencional, neste caso normalmente a

certa distância do ponto de consumo como mostra a figura 1c. Neste

último caso existe, como na geração centralizada convencional, a

necessidade dos complexos sistemas de transmissão e distribuição

(T&D) tradicionais e dos custos envolvidos. Este livro se concentra

nos aspectos técnicos do primeiro tipo de configuração (figura 1b).

Entre as vantagens deste tipo de instalação se pode destacar: (i) não

requer área extra e pode portanto ser utilizada no meio urbano, próximo

ao ponto de consumo, o que leva a (ii) eliminar perdas por T&D da

energia elétrica como ocorre com usinas geradoras centralizadas, além

de (iii) não requerer instalações de infra-estrutura adicionais; os painéis

fotovoltaicos podem ser também (iv) considerados como um material

de revestimento arquitetônico (redução de custos), dando à edificação

uma (v) aparência estética inovadora e high tech além de trazer uma

(vi) imagem ecológica associada ao projeto, já que produz energia

limpa e de fonte virtualmente inesgotável.

Desde o início de sua comercialização, a energia elétrica

tem sido fornecida aos consumidores residenciais, comerciais e

industriais através de usinas geradoras centralizadas e complexos

sistemas de T&D. Vários estudos indicam que até 2010, de 25 a 30%

dos novos sistemas de geração serão distribuídos, ou seja, serão

conectados diretamente ao sistema de distribuição secundário [Conti

et al. 2003]. Todas as usinas geradoras convencionais têm problemas

inerentes, tais como poluição (e.g. usinas termelétricas a óleo ou

carvão), dependência de fornecimento de combustível (e.g. óleo,

carvão, urânio) ou oposição do público quanto à sua construção e

operação (e.g. usinas nucleares, térmicas a carvão e também

09

. Introdução .


10

Figura Figura 1: 1: Exemplos de

sistemas solares

fotovoltaicos do tipo (a)

isolado ou autônomo, (b)

descentralizado,

integrado à edificação

urbana e interligado à

rede elétrica

convencional e (c)

centralizado, interligado

à rede elétrica

convencional.

. Introdução .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

hidrelétricas). Além disto, usinas geradoras centralizadas deixam um

grande número de consumidores vulneráveis a blackouts elétricos. A

energia solar fotovoltaica distribuída elimina vários destes problemas.

Sistemas fotovoltaicos integrados a edificações urbanas e interligados

à rede elétrica pública, como ilustrado pela figura 1b, são a mais recente

tendência nesta área e se justificam porque tanto o recurso energético

solar como a demanda energética em edificações urbanas têm caráter

distribuído. Neste livro são abordados estes aspectos e também as

características técnicas peculiares de circuitos de instalações elétricas

deste tipo.


Ricardo Rüther

2.

Sistemas solares

fotovoltaicos no entorno

construído

No Brasil, mais de 40% da energia elétrica consumida é

utilizada por edificações residenciais, comerciais e públicas; sendo

o setor residencial responsável por 23% do total do consumo nacional

e os setores comercial e público responsáveis por 11% e 8%

respectivamente [Geller, 1994] [Lamberts et al., 1997]. Em capitais

como por exemplo o Rio de Janeiro, em edifícios comerciais e

públicos, o ar condicionado é responsável por 50% do consumo de

energia elétrica no verão, chegando a 70% para edifícios envidraçados

[Lomardo, 1988][Toledo, 1995][Lamberts et al. 1997].

Painéis solares fotovoltaicos são projetados e fabricados

para serem utilizados em ambiente externo, sob sol, chuva e outros

agentes climáticos, devendo operar satisfatoriamente nestas

condições por períodos de 30 anos ou mais. Assim sendo, são

apropriados à integração ao envoltório de edificações. Sistemas

solares fotovoltaicos integrados ao envelope da construção podem

ter a dupla função de gerar eletricidade e funcionar como elemento

arquitetônico na cobertura de telhados, paredes, fachadas ou janelas.

Para tanto a indústria fotovoltaica vem desenvolvendo uma série de

produtos dirigidos à aplicação ao entorno construído, tendo

recentemente lançado comercialmente módulos fotovoltaicos de aço

inoxidável (sob a forma de um rolo flexível, revestido por resina

plástica, com superfície posterior autocolante) e de vidro sem moldura,

que podem ser instalados diretamente como material de revestimento

de fachadas ou telhados, e até mesmo telhas de vidro onde os painéis

fotovoltaicos estão diretamente integrados, como mostram as figuras

2 a 4 a seguir. Algumas destas aplicações são exemplificadas ao

longo deste livro.

11

. Sistemas solares fotovoltaicos no entorno construído .


12

Figura Figura 2: 2: Painéis

solares

semitransparentes

podem ser integrados

a janelas em

edificações urbanas,

possibilitando ao

mesmo tempo a

entrada de luz natural

e gerando energia

elétrica para o

consumo residencial,

comercial ou industrial

[Sanyo Solar

Industries].

. Sistemas solares fotovoltaicos no entorno construído .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

Do ponto de vista da eficiência energética, estes sistemas

podem ser considerados bastante ideais, visto que geração e consumo

de energia têm coincidência espacial, minimizando assim as perdas

por transmissão comuns aos sistemas geradores centrais tradicionais.

Dependendo do perfil de consumo pode ocorrer também muitas vezes

uma coincidência temporal com a geração solar, como no caso da

demanda por ar-condicionados, em que a coincidência é perfeita (a

potência elétrica demandada por ar-condicionados é máxima quando

a insolação é máxima).

Por serem conectados à rede elétrica pública, estas

instalações dispensam os sistemas acumuladores de energia (bancos

de baterias) normalmente utilizados em instalações solares fotovoltaicas

do tipo isolada ou autônoma (figura 1a), reduzindo assim

consideravelmente o custo total da instalação (da ordem de 30% do

custo total do sistema para sistemas com acumulação [Green, 2000])

e dispensando a manutenção e reposição requeridas por um banco

de baterias. Além disto, por poderem contar com a rede elétrica pública

como back up quando a demanda excede a geração, não há a

necessidade de superdimensionamento do sistema para atendimento

da demanda energética sob períodos prolongados de baixa incidência

solar, como é o caso em sistemas isolados ou autônomos, onde o

dimensionamento do sistema deve levar em consideração o pior caso

de oferta solar e a sazonalidade que ocorre na maioria das regiões do


Ricardo Rüther

globo, do que decorre que para alguns períodos do ano o sistema

autônomo freqüentemente estará superdimensionado, o que eleva

os custos da instalação.

Do ponto de vista de instalações elétricas e da

construção civil, as tecnologias necessárias à incorporação de painéis

solares fotovoltaicos a projetos de construção convencional já são

bem estabelecidas (a utilização de painéis de vidro em fachadas e

coberturas é uma prática comum no setor da construção). A conexão

elétrica dos painéis à rede e os dispositivos periféricos necessários

à interconexão são comercialmente disponíveis no mercado, que

oferece todos estes periféricos para qualquer tipo de configuração

ou porte de instalação.

Painéis solares fotovoltaicos são inerentemente mais

versáteis do que outros tipos de coletores solares para aquecimento

de ar ou água (fios e cabos elétricos são inerentemente mais simples

de instalar do que uma tubulação). Este fato, aliado ao potencial

baixo custo, possibilita o seu uso como um material de construção

com a vantagem adicional de ser um gerador elétrico. Painéis solares

de filmes finos fabricados sobre um substrato de vidro são

basicamente o mesmo produto que os painéis de vidro revestidos

por películas que são comumente utilizados na construção civil; existe

13

Figura Figura 3: 3: Módulos

solares como os da

figura 2 podem ser

laminados em painéis de

vidro de grandes

dimensões (4.2m2 no

caso desta figura), onde

os mesmos princípios de

colocação/fixação/

montagem para os

painéis de vidro

comumente utilizados

em aplicações

arquitetônicas, inclusive

fachadas verticais, são

empregados. Os painéis

desta figura têm uma

transparência de 12%

em média, atuando

como um filtro neutro,

isto é, sem alterar as

características

cromáticas da luz

transmitida

[Phototronics

Solartechnik GmbH].

. Sistemas solares fotovoltaicos no entorno construído .


14

. Sistemas solares fotovoltaicos no entorno construído .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

assim a expectativa a curto prazo de que se produzidos em grande

escala os custos venham a declinar de forma acentuada.

Pelo conceito de sincronicidade [US-DOE, 1996], em que

geração e consumo ocorrem simultaneamente, a energia elétrica gerada

em alguns períodos do dia tem um valor maior para a concessionária

elétrica do que em outros períodos em que a demanda não é crítica. O

mais óbvio exemplo disto é o caso da demanda de energia por

aparelhos de ar-condicionado em períodos de elevada incidência solar

(e portando geração de energia solar). Por esta razão, instalações

solares fotovoltaicas integradas a prédios comerciais de escritórios e

interligadas à rede elétrica pública são um exemplo de aplicação ideal

destes sistemas, onde picos de consumo e geração são muitas vezes

coincidentes, aliviando assim o sistema de distribuição da

concessionária elétrica. Isto acarreta não somente uma economia de

energia, mas também o aumento da vida útil de transformadores e

outros componentes do sistema de distribuição. Contribui também

para a diminuição do risco de blackouts energéticos como os ocorridos

recentemente em algumas capitais brasileiras e em diversas metrópoles

importantes de outros países em função da sobrecarga do sistema de

T&D em períodos de calor intenso. Desta forma, ainda que no sistema

elétrico brasileiro o principal pico de consumo tenha início por volta do

pôr do sol, vários ramais das concessionárias elétricas têm picos

coincidentes com a máxima oferta solar, aumentando assim o valor

da energia gerada nestes períodos.

A modularidade de sistemas solares fotovoltaicos permite

que sejam instalados de forma distribuída para dar reforço à rede em

pontos selecionados, estratégia que vem sendo utilizada com sucesso

em muitos países e que será abordada na seção 13.1.

Quanto aos tipos de montagem destes geradores, em

caso de telhado inclinado ou horizontal, o sistema pode ser montado

sobre o telhado existente, ou o sistema pode ser integrado (módulo/

telha), no caso de uma construção nova ou substituição total da

cobertura. No caso de uma fachada, o gerador fotovoltaico pode ser

utilizado como elemento de revestimento, ou como elemento de

sombreamento e os custos de instalação destes painéis são

comparáveis aos custos de instalação de uma fachada de vidro

comum. As figuras 11, 18-20, 22-24, 26-33, 35-44 demonstram várias

destas aplicações.


Ricardo Rüther

Um material de revestimento deve cumprir exigências

físicas e estruturais (de engenharia); deve apresentar versatilidade

em termos de tamanhos, formas e construção/montagem e, além

disso, deve ter uma boa aparência estética aliada a um alto padrão

de qualidade e durabilidade. Dentre os painéis fotovoltaicos

comercialmente disponíveis no mercado atualmente, existe uma

grande variedade que atende a todos estes requisitos.

Este livro demonstra sistemas solares fotovoltaicos como

geradores de potência elétrica integrados ao ambiente urbano. Os

benefícios - tanto econômicos quanto ecológicos - da aplicação da

energia solar fotovoltaica no entorno construído não estão, no entanto,

completamente estabelecidos. Existe a necessidade de demonstrar

que a integração de instalações solares fotovoltaicas ao entorno

construído é muito mais que simplesmente uma boa idéia; ela pode

também trazer grandes benefícios ao usuário, ao sistema elétrico

nacional e à sociedade.

15

Figura Figura 4: 4: Módulos

solares fotovoltaicos

fabricados diretamente

sobre telhas de vidro

curvas, que substituem

telhas convencionais

num sistema residencial

descentralizado que

produz energia elétrica

junto ao ponto de

consumo e sem ocupar

área adicional [Sanyo

Solar Industries].

. Sistemas solares fotovoltaicos no entorno construído .


16

Edifícios Solares Fotovoltaicos

3.

Componentes de um

sistema solar fotovoltaico

integrado a uma edificação

urbana e interligado à rede

elétrica

Uma instalação solar fotovoltaica integrada a uma

edificação e conectada à rede elétrica é composta por vários itens,

incluindo painéis solares, sistema de fixação ao envoltório da

construção, sistema conversor CC-CA (inversor), diodos de bypass e

diodos de bloqueio, fusíveis e disjuntores, cabos elétricos, terminais,

proteções contra sobretensões e descargas atmosféricas e caixas de

conexão.

Os módulos solares apresentam normalmente tensões

de circuito aberto em torno de 20V, apropriadas para a carga de baterias

de 12V em sistemas autônomos, visto que esta era tradicionalmente a

aplicação mais comum. Com o crescente interesse por instalações

conectadas à rede elétrica - onde as tensões de 110 ou 220V são

utilizadas - a indústria vem lançando no mercado módulos com tensões

de circuito aberto mais elevadas (e.g. 95V). Em qualquer caso, para

atingir a potência instalada de projeto, normalmente são utilizadas

combinações série/paralelo de vários módulos, para que se obtenham

as tensões e correntes desejadas.

Muitas vezes se torna necessário proteger os cabos

contra sobrecorrentes, o que se faz pela utilização de fusíveis. Quando

vários módulos são conectados em série em um string, e vários strings

são conectados em paralelo para que a potência de projeto seja

atingida, é comum a utilização de diodos de bloqueio para evitar a

circulação de corrente reversa por um string.

Diodos de bypass são normalmente utilizados em strings

onde a tensão de circuito aberto seja superior a 30V, com o objetivo

de isolar um string e evitar que atue como uma carga caso haja

. Componentes de um sistema solar fotovoltaico integrado a uma edificação urbana e interligado à rede elétrica .


Ricardo Rüther

sombreamento parcial. Os cabos utilizados nestes sistemas são

normalmente resistentes à radiação ultravioleta e têm duplo

isolamento. Eles devem suportar as temperaturas elevadas, muitas

vezes até 50 o C acima da temperatura ambiente, que são atingidas

na região posterior dos módulos.

O sistema inversor é responsável pela conversão da

energia gerada pelos módulos fotovoltaicos - que geram energia

elétrica em corrente contínua (CC) e em tensão normalmente distinta

da tensão de rede local - em corrente alternada (CA) e em tensão e

freqüência de rede, com baixo teor de harmônicos e onda de forma

senoidal.

As proteções contra sobretensões e descargas

atmosféricas se destinam a isolar o sistema de transientes de tensão

indesejáveis. Apesar de os módulos fotovoltaicos modernos

apresentarem uma elevada tolerância a picos de tensão (6kV),

componentes eletrônicos como o sistema inversor, por exemplo,

necessitam de proteção contra estes surtos de tensão. Estes

componentes de proteção estão normalmente instalados nas caixas

de conexão.

O sistema de fixação à edificação, que compreende a

estrutura onde serão montados os painéis fotovoltaicos, deve suportar

todas as cargas mecânicas e ventos, bem como as expansões/

contrações térmicas, com vida útil equivalente à esperada para o

arranjo fotovoltaico (~30 anos).

Os painéis fotovoltaicos e o sistema inversor serão

analisados em maior detalhe ao longo deste livro.

. Componentes de um sistema solar fotovoltaico integrado a uma edificação urbana e interligado à rede elétrica .

17


18

. Legislação em vigor e normas ABNT .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

4.

Legislação em vigor e

normas ABNT

O sistema elétrico brasileiro se encaminha para a

condição de mercado livre, com a introdução da figura do produtor

independente de energia e também do consumidor livre. A legislação

que rege a produção, transmissão e distribuição de energia elétrica no

Brasil não previa ainda os sistemas solares fotovoltaicos integrados a

edificações urbanas e interligados à rede elétrica convencional como

os descritos neste livro. O contexto técnico-político em que tais

sistemas se inserem ainda é tema em debate em todo o mundo e

mais recentemente inclusive no Brasil [IEE-USP, 1998; Oliveira e Zilles,

2002].

A Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL, órgão

público responsável por regular o mercado de energia elétrica, enquadra

tais sistemas no contexto da legislação energética brasileira em função

de algumas leis como segue: a lei 8.631/93 dispõe sobre os níveis

tarifários e a extinção da remuneração garantida; a lei 8.987/95 dispõe

sobre o regime de concessão e permissão de serviço público; a lei

9.074/95 estabelece normas para outorga e prorrogação de concessões

e permissões; o decreto 2.003/96 regulamenta a produção de energia

elétrica de Produtores Independentes de Energia (PIEs) e Auto

Produtores (APs), e o decreto 2.655/98 regulamenta o Mercado

Atacadista de Energia elétrica (MAE) e define regras de organização

do Operador Nacional do Sistema elétrico (ONS). A resolução 112/

1999, de 18 de maio de 1999, reproduzida no Anexo I, estabelece os

requisitos necessários à obtenção de registro ou autorização para a

implantação, ampliação ou repotenciação de centrais geradoras de

fontes alternativas de energia, incluindo as centrais geradoras

fotovoltaicas. Neste contexto as instalações solares fotovoltaicas

integradas a edificações urbanas e interligadas à rede elétrica pública


Ricardo Rüther

se caracterizam como APs, podendo também se caracterizar como

PIEs.

Na área de normatização, a Associação Brasileira de

Normas Técnicas (ABNT), através da Comissão de Estudos CE-82.1

(Sistemas de Conversão Fotovoltaica de Energia Solar) do Comitê

Brasileiro de Eletricidade (COBEI) vem se empenhando no sentido

de elaborar normas técnicas referentes aos sistemas fotovoltaicos

conectados à rede elétrica. A CE-82.1 vem preparando normas

referentes a proteções contra sobretensões em sistemas fotovoltaicos

(projeto de norma ABNT 03:082.01-011) entre outras. Outro documento

normativo importante na instalação de sistemas solares fotovoltaicos

integrados a edificações urbanas e interligados à rede elétrica é a

norma ABNT NBR 5410, que normatiza as instalações elétricas de

baixa tensão e que foi recentemente revisada.

19

. Legislação em vigor e normas ABNT .


20

. Módulo solar fotovoltaico .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

5.

Módulo solar fotovoltaico

Em qualquer instalação solar fotovoltaica o módulo solar

fotovoltaico é a célula básica do sistema gerador. A quantidade de

módulos conectados em série irá determinar a tensão de operação do

sistema em CC. A corrente do gerador solar é definida pela conexão

em paralelo de painéis individuais ou de strings (conjunto de módulos

conectados em série). A potência instalada, normalmente especificada

em CC, é dada pela soma da potência nominal dos módulos individuais.

O mercado de módulos fotovoltaicos, principalmente para

aplicações como as descritas aqui, vem crescendo acentuadamente

nos últimos anos, com novas tecnologias oferecendo alternativas

especialmente desenvolvidas para a integração ao entorno construído.

5.1.

Tecnologias fotovoltaicas comercialmente disponíveis

Em termos de aplicações terrestres, dentre os diversos

semicondutores utilizados para a produção de células solares

fotovoltaicas, destacam-se por ordem decrescente de maturidade e

utilização o silício cristalino (c-Si); o silício amorfo hidrogenado (a-Si:H

ou simplesmente a-Si); o telureto de cádmio (CdTe) e os compostos

relacionados ao disseleneto de cobre (gálio) e índio (CuInSe 2 ou CIS e

Cu(InGa)Se 2 ou CIGS). Neste último grupo aparecem elementos que

são ou altamente tóxicos (Cd, Se, Te), ou muito raros (Te, Se, Ga, In,

Cd), ou ambos, o que inicialmente se mostrou um obstáculo

considerável ao uso mais intensivo destas tecnologias. Com relação à

toxicidade, convém mencionar que lâmpadas fluorescentes (contêm

mercúrio) e telas de computador (contêm chumbo) são classificados


Ricardo Rüther

da mesma maneira, devendo ser descartados de forma apropriada,

o que também deverá ocorrer com painéis solares de CdTe, CIS e

CIGS. O silício, por outro lado, é o segundo elemento mais abundante

na superfície de nosso planeta (mais de 25 % da crosta terrestre é

silício [Hammond, 1992]) e é 100 vezes menos tóxico que qualquer

um dos outros elementos citados acima [Shah, 1992].

O c-Si é a tecnologia fotovoltaica mais tradicional e a

única dentre as mencionadas acima que faz uso de lâminas cristalinas

(diâmetro ~10cm tipicamente) relativamente espessas (espessura 300-

400µm), o que representa uma maior limitação em termos de redução

de custos de produção. Todas as outras tecnologias estão baseadas

em películas delgadas (filmes finos, com espessura da ordem de

1µm) de material ativo semicondutor e é neste aspecto que reside o

grande potencial de redução de custos que estas tecnologias detêm.

Filmes finos para aplicações fotovoltaicas,

principalmente no entorno construído, estão sendo desenvolvidos

para a geração de potência elétrica por apresentarem baixos custos

de produção decorrentes das quantidades diminutas de material

envolvido, das pequenas quantidades de energia envolvidas em sua

produção, do elevado grau de automação dos processos de produção

(grande capacidade de produção) e seu baixo custo de capital [Rüther

& Livingstone, 1993].

Devido ao fato de que a luz solar contém relativamente

pouca energia (baixa densidade energética, da ordem de 1000W/m 2

num meio-dia ensolarado) se comparada a outras fontes energéticas,

painéis solares fotovoltaicos devem ter um baixo custo para que

possam produzir energia elétrica a preços competitivos.

A eficiência do processo de fotossíntese, no qual toda a

vida em nosso planeta está baseada, é da ordem de 0.2% [Borgstrom,

1973] em média. Em termos de eficiência de conversão fotovoltaica,

a tecnologia do c-Si é, dentre as tecnologias utilizadas em aplicações

terrestres para gerar potência elétrica, a que apresenta a maior

eficiência (ao redor de 15%) de conversão direta da energia do sol

em energia elétrica para módulos disponíveis no mercado. As

tecnologias de filmes finos, sendo inerentemente menos eficientes e

também por estarem ainda na infância de seu desenvolvimento, têm

no momento um rendimento ao redor de 7 a 10% para módulos

comercialmente disponíveis, o que significa que se necessita de

aproximadamente o dobro da área em módulos solares de filmes

21

. Módulo solar fotovoltaico .


22

Figura Figura 5: 5: Exemplos de

módulos solares

fotovoltaicos de c-Si de

várias potências

comercialmente

disponíveis [Siemens

Solar Industries].

. Módulo solar fotovoltaico .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

finos para obter a mesma potência instalada com painéis de c-Si.

Apesar de os painéis solares de filmes finos terem já hoje um preço

inferior por Wp 3 (ou seja $/potência, ou $/energia) ao dos de c-Si, a

área ocupada para uma determinada potência instalada deve ser

levada em consideração na análise econômica, quando da opção por

uma ou outra tecnologia fotovoltaica. As principais características de

cada uma destas tecnologias será abordada a seguir. As figuras 5 e 6

mostram exemplos de módulos fotovoltaicos de c-Si e a-Si.

5.1.1.

Silício cristalino (c-Si)

A mais tradicional das tecnologias fotovoltaicas e a que

ainda hoje apresenta maior escala de produção a nível comercial (~80%

em 2002 [Maycock, 2003]), o c-Si se consolidou no mercado

fotovoltaico por sua extrema robustez e confiabilidade. O custo de

produção destes módulos solares é, no entanto, bastante elevado e

as possibilidades de reduzi-los já foram praticamente esgotadas, razão

pela qual esta tecnologia é desconsiderada por muitos analistas como

séria competidora com formas convencionais de geração de potência

em larga escala. O c-Si segue sendo, no entanto, o líder dentre as

tecnologias fotovoltaicas para aplicações terrestres em qualquer

escala, principalmente porque nos principais mercados mundiais

(Japão e Alemanha) a área ocupada por um arranjo fotovoltaico é uma

limitação para as tecnologias fotovoltaicas que apresentam uma menor

eficiência de

conversão.

N o

caso de células

fotovoltaicas que

utilizam silício monocristalino

(m-

Si), o monocristal

é “crescido” a

partir de um banho

de silício fun-

3 A potência nominal de uma célula ou módulo solar fotovoltaico é a potência de pico (ou potência

máxima) obtida sob condições padrão de teste (CPT). Daí vem o fato de se incluir o sufixo “pico” (ou “p”)

à unidade de potência utilizada. As unidades comumente usadas são: watt-pico (Wp) e quilowatt-pico

(kWp). As CPT para células e módulos fotovoltaicos são: (a) temperatura da junção da célula fotovoltaica

= (25 ± 2)°C; (b) intensidade de radiação = 1000 W/m 2 normal à superfície de ensaio, e (c) espectro

solar = AM1,5 (Projeto de Revisão 3:082.01-012/2000 da NBR10899/1988).


Ricardo Rüther

dido de alta pureza (Si = 99,99% a 99,9999%) em reatores sob

atmosfera controlada e com velocidades de crescimento do cristal

extremamente lentas (da ordem de cm/hora). Levando-se em conta

que as temperaturas envolvidas são da ordem de 1400 o C, o consumo

de energia neste processo é extremamente intenso e o chamado

energy pay-back time (tempo necessário para que o módulo gere

energia equivalente à utilizada em sua fabricação) é superior a dois

anos, dependendo dos níveis de radiação solar do local onde os

módulos forem instalados. Etapas complementares ao crescimento

do monocristal envolvem usinagem do tarugo; corte de lâminas por

fios ou serras diamantadas; lapidação, ataque químico e polimento

destas lâminas (processos estes todos em que ocorrem consideráveis

perdas de material, da ordem de 50% do tarugo original); processos

de difusão/dopagem, deposição da máscara condutora da

eletricidade gerada e finalmente a interconexão de células em série

para a obtenção do módulo fotovoltaico, como mostra a figura 5.

O silício policristalino (p-Si) apresenta menor eficiência

de conversão, com a vantagem de um mais baixo custo de produção,

já que a perfeição cristalina é menor que no caso do m-Si e o

processamento mais simples. O material de partida é o mesmo que

para o m-Si, que é fundido e posteriormente solidificado

direcionalmente, o que resulta em um bloco com grande quantidade

de grãos ou cristais, no contorno dos quais se concentram os defeitos

que tornam este material menos eficiente do que o m-Si em termos

de conversão fotovoltaica. Os processamentos posteriores até se

obter um módulo fotovoltaico são semelhantes aos utilizados no caso

do m-Si.

Nos últimos anos o p-Si tem crescido sua participação

no mercado fotovoltaico mundial, em detrimento do m-Si, e atualmente

mais de 50% da produção mundial utiliza o p-Si [Maycock, 2003]. O

p-Si pode ser também produzido sob a forma de tiras ou fitas (ribbon

technology), a partir de um banho líquido de silício e neste processo

fica dispensado o fatiamento em lâminas, uma vez que as tiras de p-

Si já são produzidas com a espessura final da célula.

23

. Módulo solar fotovoltaico .


24

Figura Figura 6: 6: Exemplos de

módulos solares

fotovoltaicos de a-Si em

substrato de vidro e

sem moldura

comercialmente

disponíveis. Estes

módulos são

desenhados

especificamente para

aplicações integradas

ao entorno construído

(fachadas, telhados,

etc.), onde sua

instalação é feita de

maneira análoga à

instalação de um painel

de vidro comum

[Phototronics

Solartechnik GmbH].

. Módulo solar fotovoltaico .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

5.1.2.

Silício amorfo hidrogenado (a-Si)

No início dos anos 80 o a-Si era visto como a única

tecnologia fotovoltaica em filmes finos (películas delgadas)

comercialmente viável. Tendo sido pela primeira vez empregado em

células solares em meados da década de 70, imediatamente despontou

como tecnologia ideal para aplicação em calculadoras, relógios e outros

produtos onde o consumo elétrico é baixo. Por apresentarem uma

resposta espectral mais voltada para a região azul do espectro

eletromagnético, tais células se mostraram extremamente eficientes

sob iluminação artificial (e.g. sob lâmpadas fluorescentes e sob

radiação difusa como a que predomina em dias com céus encobertos),

com eficiência nestes casos superior à do c-Si.

Os processos de produção de a-Si ocorrem a

temperaturas relativamente baixas (< 300ºC), em processos a plasma,

o que possibilita que estes filmes finos sejam depositados sobre

substratos de baixo custo, como vidro (figura 6), aço inox (figura 7) e

alguns plásticos (figura 8). Desta forma, foram desenvolvidos módulos

solares hoje disponíveis no mercado que são flexíveis, inquebráveis,

leves, semitransparentes, com superfícies curvas (figura 4), que estão

ampliando o mercado fotovoltaico por sua maior versatilidade.


Ricardo Rüther

Por sua aparência estética mais atraente, o a-Si tem

encontrado aplicações arquitetônicas diversas, substituindo materiais

de cobertura de telhados e fachadas em instalações integradas ao

ambiente construído. É como material de revestimento que o a-Si

leva grande vantagem sobre o c-Si, pois o custo por m 2 toma maior

importância do que o custo por Wp e neste aspecto já hoje o a-Si

tem custo inferior à metade do custo por m 2 do c-Si.

O energy pay-back time para o a-Si é outro atrativo desta

tecnologia e é consideravelmente menor que o do c-Si. Atualmente

está em torno de um ano e se deve principalmente à energia utilizada

na fabricação do substrato

de vidro ou aço inox. A

potência necessária para

depositar a película delgada

de a-Si sobre um substrato

é bastante baixa e coincidentemente

da mesma

ordem de grandeza da

energia do sol, 1kW/m 2 .

Ao contrário de

todas as outras tecnologias

fotovoltaicas, em que o

aumento da temperatura

ambiente provoca perdas na

performance dos módulos

fotovoltaicos, o a-Si não

apresenta redução na

potência com o aumento da

temperatura de operação

[Rüther & Livingstone, 1993;

Rüther et al., 2003; Rüther et

al., 2004], uma vantagem

nas aplicações em países

de climas quentes como o

Brasil. Principalmente quando

integrado ao envelope da

edificação, onde os módulos

atingem temperaturas elevadas

pela falta de ventilação

em sua superfície posterior,

a performance do a-Si em

termos de energia gerada

25

Figura Figura 7: 7: Exemplos de

módulos solares

fotovoltaicos de a-Si

flexíveis em substrato de

aço inox, produzidos sob

a forma de rolos que

podem ser colados

diretamente sobre

telhados metálicos ou de

concreto e telhas do tipo

shingles [United Solar

Ovonic LLC].

Figura Figura 8: 8: Exemplos de

módulos solares

fotovoltaicos de a-Si

flexíveis em substrato

plástico [Sanyo Solar

Industries].

. Módulo solar fotovoltaico .


26

Figura Figura 9: 9: Exemplo de

módulos solares

fotovoltaicos de CdTe

em substrato de vidro

para aplicações

arquitetônicas

[National Renewable

Energy Laboratory].

. Módulo solar fotovoltaico .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

(kWh) por potência instalada (kWp) tem se mostrado superior à das

demais tecnologias em operação no Brasil [Rüther, 1999; Rüther &

Dacoregio, 2000; Rüther et al., 2004].

5.1.3.

Telureto de cádmio (CdTe)

O mais recente competidor do c-Si e a-Si no mercado

fotovoltaico para geração de potência e nas aplicações integradas a

edificações é o CdTe, também na forma de filmes finos. Para aplicações

em calculadoras este material já vem sendo usado há mais de uma

década, mas, nas assim chamadas aplicações outdoors, mais

recentemente é que começam a ser comercializados módulos solares

de grandes áreas. Estes módulos, normalmente sob a forma de placas

de vidro num tom marrom/azul escuro como mostra a figura 9, também

apresentam um atrativo estético em comparação ao c-Si. As empresas

envolvidas com esta tecnologia vêm buscando as aplicações

arquitetônicas como nicho de mercado enquanto desenvolvem seu

produto, ampliam volumes de produção e reduzem custos.

Assim como no caso do a-Si, os custos de produção do

CdTe são atrativamente baixos para produção em grande escala e

esta tecnologia tem ótimas chances de despontar como um sério

competidor no mercado fotovoltaico para a geração de potência elétrica.

A relativamente baixa abundância dos elementos

envolvidos e sua

maior toxicidade são

aspectos que têm de

ser levados em conta,

principalmente se

esta tecnologia atingir

quantidades mais

significativas de produção

(da ordem de

GWp). A maior eficiência

de conversão da

energia solar em energia

elétrica em comparação

ao a-Si é um dos

principais atrativos

desta tecnologia.


Ricardo Rüther

5.1.4.

Disseleneto de cobre (gálio) e índio (CIS e CIGS)

Outro sério competidor no mercado fotovoltaico também

em aplicações integradas a edificações é a família dos compostos

baseados no disseleneto de cobre e índio (CuInSe 2 , ou simplesmente

CIS), e disseleneto de cobre, gálio e índio (Cu(InGa)Se 2 , ou

simplesmente CIGS), principalmente por seu potencial de atingir

eficiências relativamente elevadas.

Painéis solares de CIS e CIGS apresentam, como o a-Si

e o CdTe, uma ótima aparência estética e estão surgindo no mercado

com grandes superfícies, encontrando aplicações arquitetônicas

diversas. Assim como no caso do CdTe, a pouca abundância dos

elementos envolvidos e sua toxicidade são aspectos que devem ser

considerados se esta tecnologia atingir quantidades significativas

de produção. A figura 10 mostra exemplos de módulos fotovoltaicos

de CIGS.

Dentre os filmes finos comercialmente disponíveis,

módulos de CIGS são os que apresentam o melhor rendimento

fotovoltaico, razão pela qual várias empresas vêm investindo nesta

tecnologia.

27

Figura Figura 10: 10: 10: Exemplo de

módulos solares

fotovoltaicos de CIGS em

substrato de vidro para

aplicações

arquitetônicas [Würth

Solar GmbH].

. Módulo solar fotovoltaico .


28

. Rendimento do gerador fotovoltaico .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

6.

Rendimento Rendimento do do gerador

gerador

fotovoltaico

fotovoltaico

Vários parâmetros podem afetar o rendimento do conjunto

de módulos solares fotovoltaicos, também denominado gerador

fotovoltaico. O principal deles é o parâmetro radiação solar, que

depende fundamentalmente da localização geográfica da instalação,

bem como de sua inclinação e orientação. A temperatura dos painéis,

o sombreamento parcial, o descasamento entre painéis de um mesmo

string (que leva a perdas de rendimento conhecidas como module

mismatch losses, que será tratado adiante), as resistências dos

condutores e o estado de limpeza dos painéis também influenciam a

performance do sistema gerador fotovoltaico.

Os efeitos da inclinação e orientação dos painéis no

rendimento do gerador dependem da razão entre a radiação direta e

difusa locais, bem como da fração de albedo (reflexão dos arredores),

que é característica do ambiente que circunda a instalação. Como

regra geral, a inclinação ótima com relação à horizontal para incidência

solar máxima em regime anual é dada pela latitude local. A orientação

ideal é a de uma superfície voltada para o equador (norte geográfico

para instalações no hemisfério sul e sul geográfico para instalações

no hemisfério norte). Van der Borg & Wiggelinkhuizen [Van der Borg &

Wiggelinkhuizen, 2001] realizaram uma extensa análise dos efeitos da

orientação de sistemas fotovoltaicos integrados a edificações,

quantificando as perdas energéticas decorrentes de orientações e

inclinações não-ótimas. A inclinação e a orientação exata não são, no

entanto, críticas, ao contrário de uma percepção freqüente de que

módulos solares somente podem ser instalados em estruturas voltadas

para o norte (sul no hemisfério norte), de preferência móveis para poder

seguir o sol e que se assemelham mais a um satélite do que a um

edifício (figura 11)! Para uma grande variedade de orientações possíveis,

pode-se atingir uma incidência de mais de 95% da radiação máxima.


Ricardo Rüther

Esta afirmação somente é válida para uma superfície livre de

obstruções. Em situações onde ocorrerem obstáculos físicos, ou

padrões climáticos diários ou sazonais anômalos, estes parâmetros

devem obviamente ser levados em consideração. Além disto,

fachadas voltadas para o leste ou oeste podem ter performance

satisfatória mesmo quando instaladas em ângulos inclinados ou na

vertical, com rendimentos da ordem de 60% em relação a uma

orientação ótima, devido ao baixo ângulo do sol no início e final do

dia [Sick & Erge, 1996] [Rüther & Kleiss, 1996].

O sombreamento é uma questão crítica. Um gerador

fotovoltaico apresenta performance ótima quando iluminado

homogeneamente. Dada a característica construtiva da maioria dos

módulos fotovoltaicos, em que as células solares individuais são

conectadas em série, uma pequena sombra sobre uma destas células,

como a sombra projetada por uma antena, chaminé ou poste, pode

reduzir acentuadamente o rendimento de todo o sistema. Isto se deve

ao fato de que a célula sobre a qual incidir a menor quantidade de

radiação é que irá determinar a corrente (e portanto a potência) de

operação de todo o conjunto a ela conectado em série.

Sob certas condições, uma célula solar parcialmente

sombreada pode vir a atuar como uma carga, o que pode levar a um

aquecimento excessivo da célula e possivelmente à destruição do

módulo. Este efeito,

conhecido como hot spot,

pode ser evitado pela

instalação de diodos de

bypass entre cada célula

de um módulo, o que por

outro lado leva a uma

perda de rendimento.

Módulos solares de

filmes finos, cujas células

são normalmente tiras

longas e estreitas, são

menos afetados por este

fenômeno do que os mais

tradicionais módulos

solares de c-Si.

29

Figura Figura 11: 11: Sistema solar

fotovoltaico integrado a

uma edificação

residencial projetada

para otimizar a

incidência solar sobre os

módulos. A edificação

gira sobre um eixo

vertical e o conjunto de

módulos tem inclinação

variável [Photon 3-98].

. Rendimento do gerador fotovoltaico .


30

. Sistema inversor ou conversor CC – CA .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

7.

Sistema inversor ou

conversor CC – CA

Módulos solares fotovoltaicos geram energia em corrente

contínua. Assim sendo, se faz necessário o uso de um equipamento

eletrônico conhecido como inversor, ou conversor CC-CA, para que se

obtenha tensão em corrente alternada com as características

(freqüência, conteúdo de harmônicos, forma de onda, etc.) necessárias

para satisfazer as condições impostas pela rede elétrica pública e

possibilitar assim a interconexão à rede. Os inversores comumente

utilizados podem ser de dois tipos:

(i) Comutados pela própria rede elétrica, onde o sinal

da rede é utilizado para sincronizar o inversor com a rede, ou

(ii) Auto-comutados, onde um circuito eletrônico no

inversor controla e sincroniza o sinal do inversor ao sinal da rede.

No início da década de 90 os sistemas solares

fotovoltaicos interligados à rede elétrica pública utilizavam,

independentemente de seu porte, inversores unitários, quase sempre

dimensionados para atender à potência instalada total. Atualmente

existe uma tendência na utilização de vários inversores idênticos e de

menor potência conectados em paralelo.

Recentemente foram lançados os assim chamados

módulos CA, que utilizam microinversores individuais incorporados a

cada módulo. As principais vantagens deste novo conceito de módulos

CA são o mais baixo custo de uma fiação em corrente alternada (e

tensão residencial/comercial) e uma ainda maior modularidade, visto

que se pode iniciar um sistema fotovoltaico interligado à rede com um

módulo CA de 50W por exemplo, e que pode ser ligado diretamente a


Ricardo Rüther

uma tomada comum em uma edificação residencial ou comercial. No

caso de inversores de maior porte (inversor centralizado), apesar de

a conexão de um único módulo de 50W ser também possível, uma

maior viabilidade econômica somente é atingida para um sistema

com potência instalada de várias centenas de Watts. Módulos CA

apresentam a desvantagem de uma menor eficiência de conversão

dos microinversores (da ordem de


32

. Sistema inversor ou conversor CC – CA .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

7.2.

Segurança (fenômeno islanding)

É da máxima importância que o sistema inversor sob

hipótese alguma injete energia gerada pelos módulos fotovoltaicos na

rede elétrica quando esta estiver desligada. Este fenômeno,

denominado islanding, pode resultar na rede elétrica estar energizada

mesmo quando desconectada do sistema de geração central e oferece

sérios riscos aos operadores da rede. Por esta razão são recomendados

transformadores de isolamento (trafo ou núcleo toroidal) no sistema

inversor. Da mesma forma, é necessário prover proteção contra

sobrecorrentes, surtos, sobre/subfreqüência, sobre/subtensão tanto

pela entrada CC como pela saída CA.

7.3.

Qualidade da energia gerada

O conteúdo de harmônicos deve ser baixo para proteger

tanto as cargas (os consumidores) como o equipamento da rede elétrica.

A forma da onda e o fator de potência devem estar dentro dos níveis

aceitáveis pela concessionária elétrica. A injeção de corrente CC não

pode ser admitida, pois iria saturar os transformadores da

concessionária. A forma da onda deve ser senoidal a 60Hz + ou – 1%

no Brasil; enquanto que o fator de potência aceitável deve estar na

faixa de 0.90 indutivo a 0.90 capacitivo [Sick & Erge, 1996; EnergieNed,

1997; EnergieNed, 1998].

7.4.

Compatibilidade com o arranjo fotovoltaico

A tensão máxima de operação do arranjo fotovoltaico

(Vmpp) deve ser compatível com a tensão (CC) nominal de entrada do

inversor. A tensão máxima de circuito aberto do arranjo fotovoltaico

(Voc), também deve estar dentro do limite máximo de tensão que o

inversor pode tolerar (vide tabela I abaixo mostrando valores típicos

para estes parâmetros). Seguidores do ponto de máxima potência do

arranjo fotovoltaico [Hovel, 1975; Neville, 1978; Green, 1982] são

comumente utilizados em inversores conectados à rede elétrica para

controlar a tensão de operação do arranjo fotovoltaico. A tabela a seguir

mostra as especificações típicas de um inversor monofásico de

potência nominal 650W (figura 21).


Ricardo Rüther

_________________________________________________________________________

Potência nominal de operação 650W

Máxima potência de entrada 800Wcc

Máxima eficiência 93%

Limite inferior de injeção na rede 7W

Consumo à noite (stand by) 0W

Tensão de entrada 25 - 55Vcc

Tensão no ponto de máxima potência 28 - 50Vcc

Corrente de saída senoidal 60Hz+1Hz

Tensão de saída 230Vca + 10%

Temperatura ambiente -25 ... +60 o C

Máxima umidade do ar 95%

Emissão de ruído 35dB

Isolamento elétrico

Transformador com núcleo toroidal

Dimensões 240 X 300 X

120mm

Peso 10kg

_________________________________________________________________________

7.5.

Outras características

Todas as normas de instalações elétricas relevantes à

instalação, manutenção e segurança do sistema devem ser

respeitadas, bem como forma, tamanho, peso e características físicas

(acabamento, materiais utilizados, proteção contra o ambiente,

terminais elétricos e instrumentação) devem ser apropriadas.

33

Tabela abela I: I: Dados técnicos

de um inversor

comutado pela rede e

de onda senoidal, típico

para aplicação em

sistemas fotovoltaicos

interligados à rede

elétrica (figura 21)

[Würth Elektronik, 1997].

. Sistema inversor ou conversor CC – CA .


34

. Aterramento .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

8.

Aterramento

Em vista dos períodos prolongados pelos quais estarão

sujeitos a intempéries, alguns elementos de um sistema solar

fotovoltaico necessitam de aterramento individual para oferecer maior

segurança. Devem ser aterrados tanto a estrutura de montagem dos

painéis (para evitar que atinja tensões elevadas no caso de falha no

aterramento do sistema) como qualquer componente metálico desta,

além do circuito do arranjo fotovoltaico [IEA, 1993].


Ricardo Rüther

9.

Segurança das instalações

Vários aspectos relativos à segurança de sistemas

solares fotovoltaicos integrados a edificações e interligados à rede

elétrica devem ser considerados, incluindo: prevenção contra

incêndios, dimensionamento apropriado de fios e cabos, aterramento

e segurança com relação a agentes climáticos locais, especialmente

cargas por ventos. Em vários países, sistemas deste tipo devem

incluir circuitos de proteção que detectam falhas no aterramento do

arranjo fotovoltaico e desconectam o sistema [Wiles, 1991].

Módulos fotovoltaicos são fontes de corrente e

apresentam diferenças em relação às fontes de energia mais

tradicionais como a rede elétrica, um motor gerador ou uma bateria.

Além do mais, geradores fotovoltaicos não podem ser desligados,

pois enquanto um módulo estiver iluminado haverá uma tensão em

seus terminais. Os indivíduos envolvidos com a instalação destes

sistemas devem estar conscientes disto. Muitos sistemas

fotovoltaicos são projetados com tensões de operação baixas (~50V)

no lado CC. No caso de tensões em CC mais elevadas, o risco de

choque elétrico é o mesmo que se verifica em qualquer instalação

convencional operando sob tensão semelhante.

35

. Segurança das instalações .


36

. Conexão elétrica dos módulos solares fotovoltaicos .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

10.

Conexão elétrica dos

módulos solares

fotovoltaicos

Os módulos solares fotovoltaicos comumente

encontrados no mercado se apresentam com tensões nominais de

saída relativamente baixas e que variam desde 12V até 100V. A tensão

de entrada do inversor não necessita estar nesta faixa, sendo que

inversores que utilizam um núcleo toroidal (transformador) operam com

tensões de entrada normalmente abaixo de 100V e inversores sem

transformador operam em tensões de entrada mais elevadas. Assim

sendo, o arranjo fotovoltaico muitas vezes apresenta uma combinação

série x paralelo para atingir a tensão de entrada desejada para o inversor,

do que decorrem algumas implicações importantes.

No caso de se utilizar um inversor com núcleo toroidal e

tensão de entrada baixa, compatível com a tensão de saída dos

módulos solares individuais, todos os módulos podem ser conectados

em paralelo ao inversor, com a vantagem de que a tensão do lado CC

será baixa, oferecendo maior segurança na instalação, operação e

manutenção do sistema. Outra vantagem da conexão em paralelo está

na questão do sombreamento, pois a sombra causada por qualquer

obstáculo que incidir sobre a superfície de um módulo irá afetar somente

aquele módulo neste tipo de configuração. A desvantagem deste tipo

de conexão é que baixas tensões implicam grandes correntes e portanto

cabos de maior diâmetro, ou maiores perdas elétricas. Por outro lado,

inversores sem transformador e com maiores tensões de entrada

requerem menores diâmetros para a fiação, já que vários módulos

serão associados em série (para atingir a tensão de entrada do inversor)

e a corrente gerada será baixa. Neste caso a questão do sombreamento

deve ser considerada com cuidado, já que o módulo sob a menor

iluminação é que determina a corrente de operação de todos os

componentes do arranjo numa conexão em série, o que pode levar ao


Ricardo Rüther

comprometimento de todo o arranjo caso um dos módulos esteja

(mesmo que parcialmente) sombreado. Outra desvantagem do arranjo

em série são perdas denominadas module mismatch losses, que

derivam do fato de que as correntes de saída de módulos de mesmo

tipo estão dentro de uma faixa de + ou – 5% ou até 10%. O exemplo

da figura 13 a seguir ilustra as module mismatch losses.

EXEMPLO: Instalação com 6 módulos de 100Wp cada, conectados ao mesmo

tipo de inversor, em PARALELO ou em SÉRIE

P = 100 W (+ ou – 5%) = 95 a 105 Wp

V = 32 V

I = 2.96 a 3.28 A

CONCLUSÃO: Utilizando os mesmos módulos fotovoltaicos e sistema inversor

com mesma eficiência, a conexão em paralelo (597 W) possibilita neste exemplo

um rendimento 5% superior à conexão em série (568 W), devido às perdas

denominadas module mismatch losses (não homogeneidade entre a potência

máxima de módulos individuais “idênticos”).

Figura Figura 13: 13: Exemplo

ilustrativo das perdas

(module mismatch

losses) causadas pela

conexão em série de

módulos solares

fotovoltaicos “idênticos”.

37

. Conexão elétrica dos módulos solares fotovoltaicos .


38

Edifícios Solares Fotovoltaicos

Sistemas de potência nominal superior a 1 kWp

associados a inversores sem transformador normalmente utilizam

combinações série x paralelo, onde os assim denominados strings

(conjuntos de n módulos conectados em série cujas tensões de saída

se somam até atingir a tensão de entrada do inversor) são conectados

em paralelo ao sistema inversor.

. Conexão elétrica dos módulos solares fotovoltaicos .


Ricardo Rüther

11.

Conexão elétrica do gerador

fotovoltaico à rede

convencional

11.1.

Medidores de energia

Nas instalações solares fotovoltaicas descritas neste livro

e conforme indicado na figura 14, o arranjo fotovoltaico é conectado

ao sistema inversor que por sua vez faz a interface com a rede elétrica

convencional. No sistema net metering, que é o mais simples e o

mais adotado nas instalações norte-americanas, o mesmo medidor

bidirecional tradicionalmente utilizado nas instalações consumidoras

residenciais e comerciais é adotado. Quando o sistema fotovoltaico

gera mais energia do que a demandada pela instalação consumidora,

o medidor anda para trás; o contrário ocorre quando a edificação

consome mais energia do que a gerada pelo sistema solar. Neste

caso a tarifa de importação e exportação de energia de e para a rede

elétrica deve ser a mesma.

Quando as tarifas de importação e exportação são

distintas, como em muitos países da Europa e em algumas regiões

dos Estados Unidos, se faz necessária a instalação de dois ou até

três medidores, conforme indica a figura 14. Para os sistemas que

utilizam net metering, somente o medidor 3 (kWh 3) da figura 14 é

necessário.

Cada país vem desenvolvendo seus conjuntos de

normas e prescrições para a interligação destes sistemas à rede

elétrica, explorando as diversas concepções possíveis e adotando

critérios diversos [EnergieNed, 1997; EnergieNed, 1998; Khouzam &

Hoffman, 1997].

. Conexão elétrica do gerador fotovoltaico à rede convencional .

39


40

Figura Figura Figura 14: 14: Diagrama

esquemático de um

sistema solar fotovoltaico

integrado ao telhado de

uma residência urbana e

interligado à rede elétrica

convencional. O relógio

medidor 1 (kWh 1) mede a

energia gerada pelo

sistema solar fotovoltaico;

o relógio medidor 2 (kWh

2) mede a energia gerada

pelo sistema solar que é

exportada para a rede

elétrica; o relógio

medidor 3 (kWh 3) mede a

energia importada da

rede elétrica.

11.2.

Instalação elétrica

Conforme anteriormente mencionado, a instalação

elétrica de um sistema solar fotovoltaico integrado a uma edificação

deve obedecer às mesmas normas técnicas específicas para

instalações elétricas de baixa tensão (NBR 5410). De uma forma

geral, a única diferença envolvida na instalação de um sistema

fotovoltaico em relação a uma instalação elétrica convencional se

refere ao fato de que um gerador fotovoltaico estará energizado

sempre que sobre ele incidir luz e também ao fato de que se trata

. Conexão elétrica do gerador fotovoltaico à rede convencional .

Edifícios Solares Fotovoltaicos


Ricardo Rüther

de um circuito CC desde os painéis até o sistema inversor. Quanto

ao aterramento, conforme já mencionado, toda estrutura condutora

que não for conduzir corrente deverá ser devidamente aterrada. Esta

deverá ser uma das primeiras medidas a ser efetivada numa instalação

deste tipo, principalmente no que se refere à estrutura de fixação

dos painéis fotovoltaicos. A seguir é feita a instalação elétrica do

gerador fotovoltaico, com a conexão manual e individual dos módulos

que o compõem. É importante salientar aqui novamente que painéis

solares fotovoltaicos são geradores de corrente contínua (CC),

ou seja, a observância de polaridade (+ e -) é fundamental. Perdas

ôhmicas em sistemas CC de baixa tensão são minimizadas pelo

menor comprimento possível de cabos elétricos que conectam os

painéis fotovoltaicos ao sistema inversor e por contatos elétricos de

qualidade. Uma recomendação adicional se refere à possibilidade

de se abrir um arco elétrico quando um circuito CC é interrompido.

Por esta razão a instalação deve ser feita de tal forma que todos os

circuitos permaneçam abertos, evitando o fluxo de corrente, até que

todas as conexões estejam completas.

41

. Conexão elétrica do gerador fotovoltaico à rede convencional .


42

. Custos .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

12.

12.

Custos

Custos

Para instalações interligadas à rede elétrica pública, o

custo atualmente é superior ao da energia fornecida de forma

convencional. Estes custos vêm, no entanto, declinando continuamente

desde o lançamento do primeiro programa de implantação de sistemas

deste tipo no início dos anos 90 pelo governo alemão, o 1000-Roofs

Program, seguido no final daquela década do 100.000-Roofs Program

[Erge & et al., 2001; Germany2000, 2001].

No caso de sistemas fotovoltaicos distribuídos, no

entanto, o preço da energia fornecida no ponto de consumo não pode

ser comparado diretamente ao custo no barramento (busbar cost) de

uma usina geradora convencional, visto que as perdas por transmissão,

custos de T&D, etc, são consideráveis no segundo caso e praticamente

inexistentes no primeiro [Lovins et al., 2002].

O Departamento de Energia dos Estados Unidos vem

identificando e atuando nos mercados onde, mesmo ao custo atual,

sistemas solares fotovoltaicos residenciais integrados a edificações

urbanas e interligados à rede elétrica pública são economicamente

viáveis [US-DOE, 1997b]. Em função destas constatações, vários

países têm adotado programas de incentivo à utilização de sistemas

solares fotovoltaicos integrados a edificações urbanas e interligados

à rede elétrica pública [Haas, 2003], sendo o programa Japonês o

mais arrojado de todos (previsão de capacidade instalada de 4,82

GWp até o ano de 2010 [Kurokawa, 2001; Ogawa, 2002]). A intenção

fundamental destes programas é a produção em grande escala de

módulos fotovoltaicos, objetivando não somente a maior disseminação

desta tecnologia, mas principalmente atingir o seu potencial de redução

de custos, que depende de economias de escala. Desta forma a


Ricardo Rüther

energia solar fotovoltaica poderá competir também em termos de

custos com as energias convencionais. A figura 15 a seguir mostra a

distribuição dos custos típica no 1000 Roofs Program alemão para

sistemas residenciais interligados à rede e com potência de 2kWp.

A implantação e a administração de sistemas de geração

como os descritos neste livro utilizando net metering é extremamente

simples e vem sendo feita rotineiramente nos EUA [Starrs & Wenger,

1998; US-DOE, 1997a]. Coincidentemente, o relógio medidor de disco

tipicamente utilizado em edificações residenciais, administrativas e

comerciais é bidirecional; assim, o sistema net metering pode ser

implementado sem a necessidade de substituição do equipamento

de medição.

Por outro lado, se o contrato com a concessionária elétrica

não incluir o sistema de net metering, então é necessária, conforme

indicado na figura 14, a instalação de um ou dois contadores adicionais

ao normalmente utilizado (relógio medidor kWh 3 na figura 14). Os

medidores adicionais irão realizar a medição da energia produzida

pelo gerador solar fotovoltaico (relógio medidor kWh 1) e da energia

injetada na rede (relógio medidor kWh 2). A exemplo do que ocorreu

com os chips de computadores - quando o governo norte-americano

adquiriu quantidades maciças destes equipamentos viabilizando a

produção em massa e a conseqüente redução de custos - o Japão,

os Estados Unidos e a Comunidade Européia pretendem investir na

tecnologia fotovoltaica para reduzir seus custos a níveis compatíveis

com um mercado energético competitivo [Byrne et al., 2004; Hayes,

1998; Eiffert & Thompson, 2000; Eiffert, 2003]. O grupo de trabalho

Task 7: Photovoltaic Power

Systems in the Built Environment

4 , da International

Energy Agency (IEA), tem seu

foco de trabalho nos sistemas

fotovoltaicos integrados a

edificações. Seus objetivos

principais são a melhoria da

viabilidade econômica e da

qualidade técnica e arquitetônica

de sistemas solares

fotovoltaicos no entorno

4 Maiores detalhes sobre a organização e atividades da Task 7 podem ser vistos em www.task7.org

e www.iea-pvps.org

43

Figura Figura Figura 15: 15: Distribuição

típica dos custos no

1000 Roofs Program

alemão, para sistemas

solares fotovoltaicos

residenciais interligados

à rede elétrica com

potências de 2kWp [Sick

& Erge, 1996]. A sigla

BOS se refere ao termo

Balance of Systems, que

designa todos os

componentes

complementares de um

sistema solar

fotovoltaico (cabos,

conectores, estrutura de

fixação, proteções,

etc.).

. Custos .


44

. Custos .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

construído, bem como a remoção de barreiras não-técnicas, de modo

a promover a introdução desta tecnologia como uma alternativa

energética de contribuição significativa.

Utilizando a metodologia da análise dos custos evitados,

foi realizado na Inglaterra um estudo para ilustrar as vantagens da

integração a prédios urbanos de elementos fotovoltaicos [Oliver &

Jackson, 2001]. Considerando o custo evitado pela utilização de

elementos fotovoltaicos em substituição a materiais de revestimento

de edificações (como vidros blindados, mármores e granitos polidos

e outros materiais de alto padrão), os edifícios solares apresentaram a

melhor performance econômica.

Com a atual reestruturação do setor elétrico em todo o

mundo, a modularidade, os curtos prazos de instalação e a geração

descentralizada e junto ao ponto de consumo dos edifícios solares

fotovoltaicos são características cujo valor é considerável. Alguns

estudos [Lovins et al. 2002] demonstram, por exemplo, que para serem

economicamente equivalentes, usinas geradoras de grande porte e

que requerem longos prazos de instalação, devem apresentar um custo

de kWh consideravelmente menor (até 70% menor!) do que usinas

com curtos prazos de instalação.


Ricardo Rüther

13.

13.

Vantagens antagens para para o o sistema

sistema

elétrico

elétrico

Os sistemas solares fotovoltaicos integrados a

edificações urbanas e interligados ao sistema de distribuição oferecem

uma série de vantagens para o sistema elétrico, muitas das quais

estão relacionadas a custos evitados e não vêm sendo atualmente

consideradas ou quantificadas. Dentre elas, pode-se destacar:

- Perdas por transmissão e distribuição de energia são

minimizadas;

- Investimentos em linhas de transmissão e distribuição são

reduzidos;

- Edifícios solares fotovoltaicos não apresentam necessidade

de área física dedicada, uma vez que a área necessária já é

ocupada pela edificação;

- Edifícios solares fotovoltaicos têm capacidade de oferecer

suporte kVAR a pontos críticos da rede de distribuição (melhoria

da qualidade de energia) [Barker, 1997; Ginn et al., 2003];

- Edifícios solares fotovoltaicos têm a capacidade de oferecer

um elevado fator de capacidade a alimentadores da rede com

picos diurnos (e.g. geração de energia quando e onde a

demanda está concentrada, como no caso de demanda por

ar-condicionados). Este aspecto, de grande importância para

o sistema elétrico, é detalhado no ítem 13.1 a seguir;

- Geradores fotovoltaicos distribuídos estrategicamente

apresentam mínima capacidade ociosa de geração: por sua

grande modularidade e curtos prazos de instalação, podem

ser considerados como um just-in-time de adição de capacidade

de geração.

45

. Vantagens para o sistema elétrico .


46

. Vantagens para o sistema elétrico .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

13.1.

Fator Efetivo de Capacidade de Carga (FECC)

Por sua natureza intermitente, sistemas solares

fotovoltaicos tradicionalmente não são considerados como fontes

despacháveis de energia e a eles são atribuídos normalmente fatores

de capacidade (FC) baixos. No entanto, um gerador fotovoltaico de

porte apropriado e localizado em um ponto estratégico do sistema de

distribuição pode trazer uma série de benefícios que vão além da

quantidade de energia que são capazes de produzir.

Alguns estudos demonstram [Barker et al., 1997; Hoff et

al. 1992; Perez et al. 1993] que, sob condições favoráveis,

especialmente quando a demanda é devida a cargas de arcondicionado

em horários comerciais, a geração fotovoltaica coincide

com o pico de demanda e pode assim contribuir efetivamente com o

fator de capacidade localizado do alimentador em questão. Um exemplo

típico desta situação são as ondas de calor que assolam várias regiões

urbanas do globo no verão, quando a ampacidade das redes de

distribuição é reduzida, a demanda elétrica é intensiva (levando o preço

da energia a níveis da ordem de US$ 600/MWh [Herig, 2001]) e o recurso

solar é intenso. Sob estas condições, o FC efetivo da geração

fotovoltaica pode ser consideravelmente maior do que seu FC como

definido tradicionalmente. Isto pode ter implicações econômicas

importantes, uma vez que grande parte do valor da geração fotovoltaica

(incluindo ambos o valor de seu FC tradicional e o valor local para o

sistema de T&D) está relacionado à sua capacidade efetiva.

Vários parâmetros, estatísticos e determinísticos, têm sido

apresentados para quantificar a capacidade efetiva. Um exemplo de

parâmetro estatístico é o Fator Efetivo de Capacidade de Carga, ou

FECC [Garver, 1966]. O FECC é definido como o incremento de

capacidade disponível, devido à adição de um gerador (neste caso

fotovoltaico), assumindo uma probabilidade de perda de carga

constante e normalizada. Assim, o FECC passa a ser somente função

da relação entre a demanda instantânea e a potência instantânea do

gerador fotovoltaico. O FECC é dado em % da capacidade fotovoltaica

(em CA) instalada. Para “demandas que seguem o sol”, o FECC pode

exceder a 80% da capacidade fotovoltaica instalada. Neste caso, um

sistema solar fotovoltaico de 100kWp tem um FECC de 80kW, ou seja,

um sistema fotovoltaico de 100kWp poderia ser considerado uma fonte

despachável de 80kW.


Ricardo Rüther

Alimentadores urbanos de regiões onde predominam

consumidores comerciais apresentam os maiores índices de FECC,

uma vez que a geração fotovoltaica coincide com o horário comercial

e as demandas de ar-condicionado e iluminação artificial.

Alimentadores urbanos em áreas predominantemente residenciais,

por outro lado, apresentam índices FECC menores, uma vez que as

maiores demandas residenciais ocorrem no final da tarde e à noite. O

crédito de capacidade nestas regiões pode, no entanto, ser melhorado

consideravelmente se considerarmos que a energia gerada pode ser

utilizada em áreas urbanas de perfil comercial adjacentes do sistema

de distribuição, já que áreas residenciais com padrão de construção

horizontal em regiões ensolaradas apresentam grandes áreas de

cobertura apropriadas para a geração fotovoltaica.

A nível de edificação individual em edifícios comerciais,

o FECC pode ser incrementado ainda mais pelo controle do sistema

de ar-condicionado central, reduzindo a potência do sistema quando

ocorre a presença de nuvens, como ilustra a figura 16 a seguir, onde

são combinados a geração fotovoltaica distribuída e eficiência

energética e nestes casos o FECC pode chegar a 100%.

O sistema de ar-condicionado da edificação comercial

é programado para aumentar a temperatura em 1 o C ou 2 o C sempre

que uma nuvem cobrir o sol. O sombreamento limita a geração

fotovoltaica, mas ao mesmo tempo reduz a carga imposta ao sistema

de ar-condicionado, restituindo ao gerador fotovoltaico parte de sua

capacidade de suprir a demanda.

47

Figura Figura Figura 16: 16: Efeito da

geração fotovoltaica

distribuída e da

presença de nuvens na

redução da demanda de

edifícios comerciais

[Herig, 2001]. (i) A

correlação entre a

demanda de edificações

comerciais e a

disponibilidade do

recurso solar é elevada.

Assim, geradores

fotovoltaicos

disponibilizam potência

quando necessário,

deslocando os picos de

demanda. (ii) No

entanto, com a

presença ocasional de

nuvens, a redução da

demanda pode ser

prejudicada, ou (iii) a

demanda pode ser

diminuída pelo controle

de cargas de arcondicionado,

acomodando a

correlação natural entre

disponibilidade de

geração fotovoltaica e

demanda por sistemas

de ar-condicionado.

. Vantagens para o sistema elétrico .


48

. Edifícios solares fotovoltaicos no Brasil .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

14.

Edifícios solares

fotovoltaicos no Brasil

Em Setembro de 1997 foi posta em operação no campus

da Universidade Federal de Santa Catarina/UFSC em Florianópolis (lat.

27 o S) a primeira instalação solar fotovoltaica integrada a uma edificação

urbana e interligada à rede elétrica pública no Brasil [Rüther, 1996]. O

sistema solar fotovoltaico foi originalmente dimensionado para atender

em regime anual à demanda energética de uma família de quatro

pessoas em uma residência urbana brasileira típica. A instalação

fotovoltaica tem uma potência instalada de 2078Wp (em CC e sob

condições standard de irradiação de 1000W/m 2 , temperatura de

operação de 25 o C e conteúdo espectral da irradiação solar de AM 1.5)

e é composta por 68 módulos solares de vidro sem moldura de 60 x

100cm² cada, sendo 54 deles opacos e 14 semitransparentes (como

mostram as figuras 3 e 6), numa área total de 40.8m². A instalação

conta ainda com um sistema inversor CC - CA, sensores de irradiação

solar e temperatura (ambiente e dos módulos) e um sistema de

aquisição de dados dedicado, que monitora a instalação continuamente

por se tratar de um sistema demonstrativo e experimental.

A figura 17 a seguir mostra uma representação

esquemática da instalação, que vem operando continuamente e com

excelente performance, sem requerer manutenção alguma desde a

sua posta em marcha [Rüther, 1998]. A escolha de módulos opacos e

semitransparentes foi feita com o objetivo de chamar a atenção para

os aspectos estéticos e arquitetônicos de ambos os tipos de módulo

fotovoltaico.

A edificação selecionada para a instalação do sistema

fotovoltaico foi o bloco A do Departamento de Engenharia Mecânica

da UFSC, onde o LABSOLAR opera também uma estação solarimétrica.


Ricardo Rüther

Quanto à orientação, a fachada escolhida para integrar os

módulos, de modo a formarem parte da edificação, é bastante

ideal, já que está orientada para o norte geográfico, com um desvio

de 6 o para o leste (o sol da manhã). Perdas por sombreamento

são desprezíveis, visto que não há obstruções por outras

edificações ou vegetação ao redor e que todos os módulos estão

montados sobre o mesmo plano, com inclinação igual à latitude

local (~27 o , para maximizar a oferta solar em regime anual) e

constituindo uma superfície única como mostram as figuras 18 a

20. O sistema utiliza a configuração em paralelo para a conexão

de todos os módulos fotovoltaicos aos quatro inversores

independentes. Apesar de o sistema apresentar uma superfície

única contendo todos os 68 módulos fotovoltaicos, no projeto foi

especificada a subdivisão em quatro subsistemas, de ~500Wp

cada um, conectados a quatro inversores de alto rendimento

(eficiência de 93%, comutados pela rede e com onda senoidal)

de 650W cada (figura 21). A injeção de corrente na rede elétrica

pública se baseia em operação PWM (pulse width modulated)

controlada por microprocessadores e rastreamento do ponto de

máxima potência (PMP ou MPP - maximum power point) dos

módulos fotovoltaicos, que desconecta o sistema à noite por

meio de relés para evitar perdas em stand by.

16 painéis a-Si:H opacos

sensor radiação plano horizontal

sensor radiação plano painéis

sensor temperatura painéis

sensor temperatura ambiente

IMPRESSORA

caixa de

conexão

dos painéis

16 painéis a-Si:H opacos

PC

caixa de

conexão

dos painéis

COLETA DE

DADOS DOS

SENSORES

16 painéis a-Si:H opacos

caixa de

conexão

dos painéis

CAIXA

CC

~

- +

CAIXA

CA

~

49

Figura Figura 17: 17: Diagrama

esquemático do sistema

solar fotovoltaico de

2kWp integrado ao

prédio do Departamento

de Engenharia

Mecânica da

Universidade Federal de

Santa Catarina/UFSC.

20 painéis a-Si:H (6 opacos,

14 semitransparentes)

- +

~

- +

caixa de

conexão

dos painéis

CONEXÃO À REDE

220 V / 60 Hz

~

- +

Sistema corta conexão

caso haja queda de

tensão da rede.

CONVERSORES

CC/CA

. Edifícios solares fotovoltaicos no Brasil .


50

Figura Figura 18: 18: Vista do

sistema solar

fotovoltaico integrado

ao envoltório da

edificação do

Departamento de

Engenharia Mecânica

da Universidade Federal

de Santa Catarina em

Florianópolis, SC.

Figura Figura Figura 19: 19: Sistema solar

fotovoltaico de 2kWp

instalado na UFSC em

Florianópolis. A

superfície de ~ 40m2 apresenta uma

inclinação de 27o e está

orientada para o norte

geográfico.

. Edifícios solares fotovoltaicos no Brasil .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

A decisão de subdividir o sistema nos quatro subsistemas

ao invés de utilizar um só inversor de ~2000W foi tomada em função

de reduzir a possibilidade de falha total do sistema por falha no inversor

(tipicamente o componente mais suscetível a falhas num sistema

fotovoltaico interligado à rede elétrica), principalmente pelo fato de o

sistema inversor ser importado e pela inexistência de um similar

nacional. Deste modo, caso um dos inversores venha a apresentar

problemas, somente o subsistema ao qual está conectado fica fora

de operação, com a opção de os módulos fotovoltaicos conectados

àquele inversor serem redistribuídos aos demais inversores, cuja

potência total máxima especificada (650W cada um) comporta a

redistribuição. Outra vantagem desta configuração é que, como a

potência máxima gerada por cada subsistema está próxima à região

de eficiência máxima do inversor (o que ocorre abaixo da região de


Ricardo Rüther

potência máxima do inversor como mostra a figura 12), o rendimento

do sistema inversor é otimizado. O sistema está conectado a uma

das fases do barramento trifásico do prédio onde se encontra instalado

e a conexão à rede por net metering está formalmente autorizada

pela concessionária elétrica local (CELESC - Centrais Elétricas de

Santa Catarina).

Ao longo de um ano, o sistema gera, em média,

aproximadamente 2.6MWh de energia elétrica, o suficiente para

atender à demanda de uma residência urbana média e

energeticamente eficiente no mesmo período. Em um sistema

fotovoltaico interligado à rede elétrica, a sazonalidade da oferta solar

não é um parâmetro que interfira no dimensionamento do sistema,

pois a rede elétrica (a “bateria” destes sistemas) tem capacidade

51

Figura Figura 20: 20: Vista ao por

do sol do sistema

instalado junto ao

LABSOLAR/UFSC. A

instalação solar

fotovoltaica recebe a luz

solar sem

sombreamento por

obstáculos desde as

primeiras horas da

manhã até o final da

tarde.

. Edifícios solares fotovoltaicos no Brasil .


52

Figura Figura 21: 21: 21: Os quatro

inversores Würth (650W

cada) que compõem o

sistema de 2kWp

instalado na UFSC.

Figura Figura 22: 22: O conjunto

de módulos

fotovoltaicos totalizando

1.15kWp está integrado

à fachada norte do

Centro de Convivência

no campus central da

UFSC em Florianópolis

– SC. Em primeiro plano

aparecem as diversas

lixeiras do programa de

lixo seletivo da

universidade.

. Edifícios solares fotovoltaicos no Brasil .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

para receber toda a energia que o sistema solar puder nela injetar 5 . O

mesmo não acontece com os sistemas autônomos, onde na maioria

dos casos a instalação deve ser dimensionada para atender ao período

do ano com a menor oferta solar, do que decorre um

superdimensionamento do sistema nos meses de abundância de

irradiação, quando a energia elétrica que excede a capacidade de

armazenamento do sistema

acumulador (baterias) é

desperdiçada.

No ano 2000 o

LABSOLAR instalou no campus da

UFSC outro sistema solar

fotovoltaico integrado a uma

edificação, com potência instalada

de 1.15kWp. Os 18 módulos foram

integrados à fachada norte do

Centro de Convivência como

mostra a figura 22, com o objetivo

de demonstrar aos estudantes da

universidade o potencial desta

elegante fonte renovável de energia

que não ocupa espaço físico

adicional e que não emite ruídos

nem gases.

5 Para nível de penetração (percentual de participação na matriz energética) da geração fotovoltaica

inferior a 10%.


Ricardo Rüther

Em 2001 o Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos do

Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo

(IEE/USP) instalou na fachada do prédio de sua administração um

sistema solar fotovoltaico de 6.3kWp [Zilles & Oliveira, 2001] ] como

mostram as figuras 23. Esta instalação foi recentemente repotenciada

para 12kWp e faz parte dos esforços de P&D desenvolvidos pelos

pesquisadores da USP na área da geração fotovoltaica conectada à

rede pública, iniciados em 1998 [Oliveira & Zilles, 2001].

Em 2003 o LABSOLAR instalou também no campus

central da UFSC, no prédio do Centro de Eventos da universidade,

53

Figuras Figuras 23: 23: Prédio do

IEE/USP, com a

integração de 12kWp

de módulos

fotovoltaicos em

sistema interligado à

rede elétrica [Zilles &

Oliveira, 2001].

. Edifícios solares fotovoltaicos no Brasil .


54

Figuras Figuras 24: 24: Centro de

Eventos da UFSC, com

sistema fotovoltaico de

10kWp integrado a

parte da cobertura da

edificação.

. Edifícios solares fotovoltaicos no Brasil .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

um sistema de 10kWp integrado a parte da cobertura daquele edifício,

como mostram as figuras 24. A instalação tem por objetivos, além do

fornecimento de energia para a demanda da edificação e a continuidade

dos estudos do LABSOLAR na área de sistemas fotovoltaicos

descentralizados e integrados a edificações urbanas, chamar a atenção

dos estudantes da universidade e do público em geral para esta fonte

renovável de energia, já que está integrado a um dos maiores espaços

culturais da cidade de Florianópolis.

Também em 2003 o LABSOLAR instalou em parceria com

a CELESC (Centrais Elétricas de Santa Catarina), no contexto do

programa de P&D ANEEL/CELESC, três sistemas solares onde pela

primeira vez foram utilizados módulos fotovoltaicos do tipo flexível

sobre superfície curva, como

os mostrados na figura 25.

Neste projeto os módulos

flexíveis foram integrados a

superfícies curvas em forma

de onda, que compõem três

coberturas, uma das quais é

mostrada na figura 26. Este

tipo de módulo fotovoltaico

é especialmente robusto e

inquebrável, podendo ser

colado diretamente sobre

superfícies metálicas e de

concreto, planas ou curvas.

Em 2001 o

LABSOLAR e o Centro de

Pesquisas da Petrobras

(CENPES) firmaram acordo

de cooperação técnica, que


Ricardo Rüther

envolve uma série de projetos na área de energia solar fotovoltaica,

entre eles o projeto de integração de seis tecnologias fotovoltaicas

de filmes finos à cobertura do Prédio Frontal do CENPES, no Rio de

Janeiro, com uma potência instalada total de 44.4kWp, como mostram

as figuras 27 a seguir. Este edifício solar fotovoltaico emprega módulos

fotovoltaicos das mais modernas tecnologias de filmes finos de a-Si,

CdTe e CIGS, com o objetivo de acompanhar a performance de

diferentes tecnologias utilizadas na integração a edificações. No

âmbito desde mesmo projeto, estão sendo integrados a dois postos

de serviço Petrobras, um na cidade de Florianópolis e outro no Rio

de Janeiro, sistemas solares fotovoltaicos integrados à edificação

das respectivas lojas de conveniências. As figuras 28 e 29 mostram

um esboço destes dois projetos.

55

Figuras Figuras 25: 25: 25: Módulos

solares fotovoltaicos do

tipo flexível,

acondicionados sob a

forma de um rolo com

superfície autocolante,

para integração direta

a superfícies metálicas

ou de concreto, planas

ou curvas.

. Edifícios solares fotovoltaicos no Brasil .


56

Figura Figura Figura 26: 26: 26: Módulos

solares fotovoltaicos do

tipo flexível, colados

diretamente sobre

superfícies curvas de

uma cobertura

metálica em forma de

onda. Projeto

LABSOLAR / CELESC.

Foram instalados três

sistemas como o desta

figura em Florianópolis,

Lages e Tubarão – SC,

com 1.4kWp cada.

Figuras Figuras 27: 27: Diagrama

esquemático do

sistema solar

fotovoltaico integrado

ao Prédio Frontal do

Centro de Pesquisas

da Petrobras, no Rio

de Janeiro. A

instalação utiliza

módulos solares de

filmes finos de seis

tecnologias

fotovoltaicas, num total

de 44.4kWp, devendo

entrar em operação ao

longo de 2004.

. Edifícios solares fotovoltaicos no Brasil .

Edifícios Solares Fotovoltaicos


Ricardo Rüther

57

Figura Figura Figura 28: 28: Esboço da

integração de módulos

solares fotovoltaicos a

um posto de serviços

Petrobras na cidade de

Florianópolis, SC. A

superfície curva é parte

do telhado da loja de

conveniências e utiliza

módulos fotovoltaicos

flexíveis colados

diretamente a uma

superfície metálica. O

sistema está projetado

para entrar em

operação em 2004.

Figura Figura 29: 29: Esboço da

integração de módulos

solares fotovoltaicos a

um posto de serviços

Petrobras no Rio de

Janeiro. A superfície

curva é parte do

telhado da loja de

conveniências e utiliza

módulos fotovoltaicos

flexíveis colados

diretamente a uma

superfície metálica. O

sistema está projetado

para entrar em

operação em 2004.

. Edifícios solares fotovoltaicos no Brasil .


58

Figura Figura 30: 30: 30: Sistema solar

fotovoltaico interligado

à rede elétrica pública

utilizando módulos de

silício policristalino (p-Si)

integrados ao telhado

de uma residência

unifamiliar [Ecofys]. Esta

residência utiliza

também um sistema

solar térmico para o

fornecimento de água

quente e calefação,

além de princípios de

arquitetura solar passiva

para conforto ambiental

(temperatura e

iluminação) e é um

exemplo típico de

sistema

energeticamente autosuficiente

em todos os

aspectos.

. Exemplos de outros edifícios solares fotovoltaicos .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

15.

15.

Exemplos Exemplos de de outros

outros

edifícios edifícios solares

solares

fotovoltaicos

fotovoltaicos

As figuras a seguir exemplificam algumas configurações

residenciais, comerciais, públicas e também industriais de sistemas

solares fotovoltaicos integrados a edificações urbanas e interligados

à rede elétrica convencional em operação em diversos países.

15.1.

Instalações residenciais

Em sistemas residenciais, as figuras a seguir mostram

exemplos tanto de coberturas ou telhados, em que os módulos

fotovoltaicos estão integrados à edificação desde a concepção do

projeto original, quanto casos de retrofit, em que o gerador solar


Ricardo Rüther

fotovoltaico é montado e adaptado posteriormente sobre uma

cobertura ou telhado já existente. Os sistemas integrados apresentam

vantagens não somente em termos estéticos, pois são incorporados

ao design original do projeto arquitetônico, como também apresentam

vantagens em relação ao custo total da instalação, pois substituem

materiais de revestimento e/ou recobrimento.

59

Figura Figura 31: 31: Sistema

fotovoltaico instalado

em retrofit sobre

telhado de residência

unifamiliar, utilizando

módulos solares de

silício amorfo (a-Si)

[Fraunhofer Institut für

Solare Energiesysteme,

1000 Roofs Program].

Figura Figura 32: 32: 32: Módulos

solares de filmes finos

de silício amorfo (a-Si)

nesta residência

multifamiliar substituem

toda uma seção do

telhado, com aparência

estética agradável e

reduzindo os custos

associados ao telhado

que substituem

[Phototronics

Solartechnik GmbH].

. Exemplos de outros edifícios solares fotovoltaicos .


60

Figura Figura 33: 33: Instalação

fotovoltaica integrada

ao telhado de uma

edificação centenária.

Neste caso o sistema

foi instalado de forma

integrada quando da

renovação do telhado

desta igreja

[Phototronics

Solartechnik GmbH].

Figura Figura 34: 34: Frente e

verso (esq.) e verso

mostrando detalhe do

contato elétrico (dir.)

de módulo solar

fotovoltaico como os

utilizados nas

instalações das figuras

18-20, 31-33, 36-38 e

43 [Phototronics

Solartechnik GmbH].

Figura Figura 35: 35: A

integração de módulos

solares fotovoltaicos de

filmes finos de a-Si

colados diretamente

sobre telhas metálicas

pode ser discreta

como ilustra esta

figura, onde somente a

residência da extrema

direita recebeu a

integração dos

elementos fotovoltaicos

ao seu telhado [United

Solar Ovinic LLC].

. Exemplos de outros edifícios solares fotovoltaicos .

Edifícios Solares Fotovoltaicos


Ricardo Rüther

15.2

Instalações comerciais

Pela natureza das atividades a que se destinam,

edificações comerciais apresentam tipicamente um perfil de consumo

mais coincidente com a geração de energia elétrica por sistemas

solares fotovoltaicos a elas integradas. Principalmente em períodos

de calor intenso, onde a demanda energética nestas edificações

aumenta de forma acentuada em conseqüência da utilização intensa

de aparelhos de ar-condicionado, é que a geração solar fotovoltaica

atinge valores máximos, aliviando desta forma o sistema de T&D da

concessionária elétrica e fornecendo energia de elevado valor junto

ao ponto de consumo. Dada a aparência estética agradável das novas

gerações de módulos fotovoltaicos especialmente desenvolvidos para

aplicações no envoltório de edificações, estes elementos vêm sendo

muitas vezes utilizados em substituição a materiais de revestimento

mais nobres, como granitos, mármores, cerâmicas e vidros especiais,

etc. As figuras que seguem mostram alguns exemplos de sistemas

fotovoltaicos instalados de forma integrada a edificações comerciais.

Como a maioria destes exemplos demonstra, sistemas

fotovoltaicos interligados à rede elétrica podem ser integrados à

arquitetura de qualquer edificação, sendo o único requisito fundamental

uma orientação solar favorável (superfície voltada tanto quanto o

possível para o norte geográfico no hemisfério sul e para o sul

61

Figura Figura 36: 36: Módulos

solares integrados à

fachada de um edifício,

mostrando duas

diferentes formas de

aplicação. Nas janelas à

esquerda os módulos de

silício cristalino (c-Si)

estão montados em

plano inclinado,

atuando também como

elementos de

sombreamento do sol de

verão para o interior do

prédio; na fachada

vertical à direita os

módulos de silício

amorfo (a-Si) estão

montados com

inclinação vertical, em

substituição a

elementos de

revestimento

normalmente utilizados,

como mármores, vidros

espelhados, etc.

[Phototronics

Solartechnik GmbH].

. Exemplos de outros edifícios solares fotovoltaicos .


62

Figura Figura 37: 37: Opções

semitransparentes de

módulos fotovoltaicos

para diferentes

aplicações

arquitetônicas. Os

módulos solares têm

excelente aparência

estética, podem ser

configurados para

proporcionar a

transparência que se

desejar e ao mesmo

tempo geram energia

elétrica, que pode ser

utilizada para atender ao

consumo da edificação.

Principalmente em

sistemas instalados em

edificações comerciais,

demanda energética e

geração solar apresentam

coincidência temporal,

além de apresentarem

coincidência espacial, já

que a energia é gerada

no ponto de consumo,

eliminando as perdas por

transmissão e distribuição

peculiares ao sistema

tradicional de geração

centralizada [Phototronics

Solartechnik GmbH].

Edifícios Solares Fotovoltaicos

geográfico no hemisfério norte e com um mínimo de obstrução por

sombreamento).

As modernas tecnologias de filmes finos, originalmente

concebidas com o objetivo de reduzir o custo de módulos solares

fotovoltaicos, apresentam a vantagem adicional de proporcionar um

produto final com aparência estética mais apropriada para aplicações

no entorno construído. Desta forma um sistema solar pode competir

em aparência com materiais nobres de revestimento, viabilizando a

instalação do gerador solar pela substituição de outros materiais de

alto custo e finalidade cosmética.

Por gerar energia junto ao ponto de consumo, uma maior

penetração destes sistemas no ambiente urbano poderia em certos

casos causar também uma redução no impacto visual causado pelo

pouco atraente sistema de T&D. O rol de vantagens de instalações

fotovoltaicas integradas a edificações urbanas e interligadas à rede

elétrica convencional vai além da geração silenciosa de energia

renovável sem agressão ao meio-ambiente.

. Exemplos de outros edifícios solares fotovoltaicos .


Ricardo Rüther

63

Figura Figura 38: 38: Aplicação de

módulos solares de filmes

finos de silício amorfo (a-

Si) semitransparentes à

cobertura de uma

edificação comercial.

Neste caso uma fração

de luz é admitida ao

interior da edificação

promovendo a utilização

de iluminação natural ao

mesmo tempo em que

uma fração da energia

utilizada para atender ao

consumo das instalações

do prédio é gerada in

situ [Phototronics

Solartechnik GmbH].

Figura Figura 39: 39: Exemplos de

módulos solares

fotovoltaicos flexíveis de

a-Si configurados sob a

forma de shingles (que

podem ser pregados

diretamente sobre um

telhado de madeira), ou

sob a forma de rolos

autocolantes (que

podem ser colados

diretamente sobre

telhas metálicas)

[United Solar Ovonics

LLC].

. Exemplos de outros edifícios solares fotovoltaicos .


64

Figura Figura Figura 40: 40: 40: Edifício solar

fotovoltaico, onde

módulos solares de p-Si

foram integrados à

fachada principal deste

prédio de escritórios na

Inglaterra. Em latitudes

elevadas, onde o

deslocamento relativo

do sol ao longo do dia é

sempre mais baixo no

horizonte em relação a

regiões mais

equatoriais, a

integração de módulos

fotovoltaicos em

superfícies com grandes

ângulos de inclinação

apresenta excelente

performance energética

[Doxford International,

UK].

Figura Figura 41: 41: Edifício solar

fotovoltaico no Hawaii,

com módulos solares

integrados à cobertura

horizontal deste hotel.

Em regiões próximas

ao equador, onde o sol

está sempre alto no

céu, a integração de

módulos fotovoltaicos a

superfícies com

pequenos ângulos de

inclinação apresenta

excelente performance

energética [National

Renewable Energy

Laboratory].

. Exemplos de outros edifícios solares fotovoltaicos .

Edifícios Solares Fotovoltaicos


Ricardo Rüther

15.3

Instalações industriais

Também no caso de instalações industriais, sistemas

solares fotovoltaicos podem ser integrados a edificações e interligados

à rede elétrica pública para gerar energia elétrica junto ao ponto de

consumo. As coberturas de edificações industriais normalmente

apresentam grandes áreas planas ou com curvaturas suaves e que

são bastante adequadas à integração de geradores fotovoltaicos.

Desta forma, sem ocupar área extra ou infra-estrutura adicional, o

setor industrial pode também hospedar estes geradores elétricos para

satisfazer parte de sua demanda energética. Cada vez mais, grandes

65

Figura Figura Figura 42: 42: Edifício solar

fotovoltaico em New

York, onde foram

integrados - de forma

harmoniosa com os

elementos de vidro

arquitetônico

convencionais dos

pavimentos inferiores -

módulos fotovoltaicos a

alguns dos pavimentos

superiores da edificação

(entre o 38o e o 45o pavimento, que não

sofrem sombreamento

considerável de

edificações vizinhas).

Esta edificação conta

também com uma célula

combustível para

geração in situ de

energia elétrica a partir

da reação de hidrogênio

e oxigênio [National

Renewable Energy

Laboratory].

. Exemplos de outros edifícios solares fotovoltaicos .


66

Figura Figura 43: 43: Utilização

de módulos solares

fotovoltaicos de filmes

finos de silício amorfo

(a-Si) integrados a uma

edificação industrial

[Phototronics

Solartechnik GmbH].

Figura Figura 44: 44: Edifício solar

fotovoltaico industrial

que abriga uma fábrica

de células solares

fotovoltaicas, utilizando

módulos planos de p-Si

compondo uma

fachada curva [Shell

Solar GmbH].

Edifícios Solares Fotovoltaicos

corporações industriais vêm se utilizando desta fonte alternativa, cujo

potencial de suprir as necessidades energéticas impostas pela

atividade humana vem crescendo ano a ano.

. Exemplos de outros edifícios solares fotovoltaicos .


Ricardo Rüther

16.

Atlas Solarimétrico do

Brasil e Atlas Fotovoltaico

do Brasil

O Laboratório de Energia Solar (LABSOLAR) da

Universidade Federal de Santa Catarina se dedica há mais de uma

década ao levantamento do potencial de radiação solar incidente

sobre o território nacional. As figuras 45 e 46 a seguir mostram dois

dos 26 mapas do Atlas Solarimétrico do Brasil (outros oito mapas são

apresentados no Anexo II), contendo a média anual do total diário da

radiação solar incidente no plano horizontal e a variabilidade anual

do recurso solar em qualquer ponto do território nacional (12 mapas

de médias mensais + 1 mapa de média anual + 12 mapas de

variabilidade mensal + 1 mapa de variabilidade anual). Este atlas é o

resultado de vários anos de consolidação de medições realizadas

em estações de superfície (para um maior detalhamento da localização

destas estações, consultar www.labsolar.ufsc.br) que validam

medições realizadas através de imagens de satélite fornecidas pelo

Instituto Nacional de Pesquisa Espacial – INPE. O atlas é refinado

ano a ano, na medida em que mais dados medidos são agregados

ao banco de dados e a série se torna mais representativa de um ano

típico. A partir deste atlas, mostrado em mais detalhes no Anexo II, e

de dados medidos em sistemas solares fotovoltaicos em operação

no Brasil, principalmente dos sistemas descritos neste livro, foi

derivado o Atlas Fotovoltaico do Brasil, que contém 13 mapas (1

mapa de média anual +12 mapas de médias mensais), mostrados a

partir da figura 47. A partir deste atlas é possível estimar o potencial

de geração de sistemas solares fotovoltaicos instalados em qualquer

ponto do território Brasileiro. Os mapas mostram a quantidade de

energia (kWh) que um sistema fotovoltaico utilizando módulos de a-

Si voltados para orientação norte e com inclinação igual à latitude

local é capaz de gerar diariamente para cada kWp instalado.

. Atlas Solarimétrico do Brasil e Atlas Fotovoltaico do Brasil .

67


68

Figura Figura Figura 45: 45: Atlas

Solarimétrico do Brasil,

mostrando a média

anual do total diário da

radiação global

incidente no plano

horizontal para

qualquer ponto do

Brasil [Colle e Pereira,

1996].

Figura Figura 46: 46: Mapa de

variabilidade mensal do

Atlas Solarimétrico do

Brasil, mostrando a

média anual do desvio

percentual da

variabilidade da

radiação global

incidente no plano

horizontal para

qualquer ponto do

Brasil [Colle e Pereira,

1996].

. Atlas Solarimétrico do Brasil e Atlas Fotovoltaico do Brasil .

Edifícios Solares Fotovoltaicos


Ricardo Rüther

As figuras a seguir mostram mapas mensais do Atlas

Fotovoltaico do Brasil calculados para os 12 meses do ano, para

sistemas solares utilizando a tecnologia de filmes finos de silício

amorfo, com orientação voltada para o norte geográfico (norte

verdadeiro) e inclinação igual à latitude local.

69

Figura Figura 47: 47: Atlas

Fotovoltaico do Brasil,

mostrando o mapa da

média anual do total

diário de energia (kWh)

que pode ser gerado por

cada kWp de módulos

fotovoltaicos instalados

em qualquer ponto do

território nacional. O

atlas foi desenvolvido

para sistemas solares

fotovoltaicos utilizando a

tecnologia de filmes finos

de a-Si, com os módulos

voltados para o norte

verdadeiro e com

inclinação igual à

latitude local.

. Atlas Solarimétrico do Brasil e Atlas Fotovoltaico do Brasil .


70

Figura Figura 48: 48: 48: Mapa do

Atlas Fotovoltaico do

Brasil para o mês de

Janeiro.

Figura Figura 49: 49: 49: Mapa do

Atlas Fotovoltaico do

Brasil para o mês de

Fevereiro

. Atlas Solarimétrico do Brasil e Atlas Fotovoltaico do Brasil .

Edifícios Solares Fotovoltaicos


Ricardo Rüther

Figura Figura 50: 50: Mapa do

Atlas Fotovoltaico do

Brasil para o mês de

Março

Figura Figura 51: 51: Mapa do

Atlas Fotovoltaico do

Brasil para o mês de

Abril

. Atlas Solarimétrico do Brasil e Atlas Fotovoltaico do Brasil .

71


72

Figura Figura 52: 52: Mapa do

Atlas Fotovoltaico do

Brasil para o mês de

Maio

Figura Figura 53: 53: 53: Mapa do

Atlas Fotovoltaico do

Brasil para o mês de

Junho.

. Atlas Solarimétrico do Brasil e Atlas Fotovoltaico do Brasil .

Edifícios Solares Fotovoltaicos


Ricardo Rüther

Figura Figura 54: 54: Mapa do

Atlas Fotovoltaico do

Brasil para o mês de

Julho.

Figura Figura 55: 55: Mapa do

Atlas Fotovoltaico do

Brasil para o mês de

Agosto.

. Atlas Solarimétrico do Brasil e Atlas Fotovoltaico do Brasil .

73


74

Figura Figura 56: 56: 56: Mapa do

Atlas Fotovoltaico do

Brasil para o mês de

Setembro.

Figura Figura 57: 57: 57: Mapa do

Atlas Fotovoltaico do

Brasil para o mês de

Outubro.

. Atlas Solarimétrico do Brasil e Atlas Fotovoltaico do Brasil .

Edifícios Solares Fotovoltaicos


Ricardo Rüther

Figura Figura 58: 58: Mapa do

Atlas Fotovoltaico do

Brasil para o mês de

Novembro.

Figura Figura 59: 59: Mapa do

Atlas Fotovoltaico do

Brasil para o mês de

Dezembro.

. Atlas Solarimétrico do Brasil e Atlas Fotovoltaico do Brasil .

75


76

. Potencial da Energia Solar Fotovoltaica no Brasil .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

17.

Potencial da Energia Solar

Fotovoltaica no Brasil

O potencial da energia solar fotovoltaica no Brasil é muitas

vezes superior ao consumo total de energia elétrica do país. Para

exemplificar este potencial, a comparação com a usina hidrelétrica de

Itaipu, que contribui com aproximadamente 25% da energia elétrica

consumida no país, é bastante ilustrativa. Cobrindo-se o lago de Itaipu

com módulos solares fotovoltaicos de filmes finos comercialmente

disponíveis, como os descritos neste livro, seria possível gerar o dobro

da energia gerada por Itaipu, ou o equivalente a 50% da eletricidade

consumida no Brasil 6 . A proposta apresentada aqui, no entanto, é a

integração dos módulos fotovoltaicos ao entorno construído dos

ambientes urbanos, como anteriormente mencionado, para evitar os

investimentos e as perdas por T&D, bem como a ocupação

desnecessária de área física (os 1.350km 2 no caso do lago de Itaipu!),

utilizando-se os telhados das edificações ao invés de áreas que podem

ter outras finalidades.

Uma comparação com a geração eólica demonstra

também o grande potencial da geração fotovoltaica no Brasil. Somente

a instalação fotovoltaica hipotética no lago de Itaipu do exemplo anterior

corresponderia a aproximadamente 60% do potencial de geração eólica

de todo o Brasil 7 .

6 O lago de Itaipu cobre uma superfície de 1.350 km 2 , para um potência instalada de 12,6GW e uma

produção anual de energia elétrica em torno de 80 TWh [Balanço Energético Nacional, 2002 –

www.eletrobras.gov.br]. Cobrindo uma área equivalente com um sistema solar fotovoltaico de filmes

finos com eficiência de conversão em torno de 7%, a potência instalada seria de 94,5GWp e, em

função da disponibilidade de energia solar na região do lago de Itaipu (de acordo com o Atlas

Fotovoltaico do Brasil da figura 47, a quantidade anual de energia elétrica fotogerada seria em torno

de 160TWh. Em 2002 o Brasil consumiu 321,5TWh de energia elétrica.

7 O Atlas Eólico do Brasil, disponibilizado pelo Centro de Pesquisas da Eletrobrás – CEPEL (http://

cresesb.cepel.br/atlas_eolico_brasil/atlas-web.htm), indica um potencial eólico total para o Brasil de

143,5GW, que pode ser traduzido em uma geração anual de energia da ordem de 272,2 TWh.


Ricardo Rüther

Estas comparações são úteis para quantificar o enorme

potencial da geração solar no Brasil, mas um equilíbrio entre as

diversas fontes de geração disponíveis no país deve ser o objetivo

do setor elétrico nacional, buscando utilizar sempre a fonte mais

apropriada para cada região ou situação. Como este trabalho revela,

a aplicação da energia solar em edifícios fotovoltaicos apresenta

grandes vantagens por situar a geração de energia de forma integrada

no meio urbano e deverá ter uma participação relevante na matriz

energética nacional na medida em que seus custos declinem com a

produção em grande escala.

77

. Potencial da Energia Solar Fotovoltaica no Brasil .


78

. Conclusões .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

18.

18.

Conclusões

Conclusões

A integração de sistemas solares fotovoltaicos ao entorno

construído vem tomando impulso crescente, principalmente nos países

industrializados, por oferecer várias vantagens que compensam seu

atual alto custo. Como algumas das imagens neste livro demonstram,

se utilizados como material de construção, módulos solares substituem

outros materiais de revestimento, reduzindo assim o custo total do

sistema fotovoltaico. Com relação à instalação elétrica predial envolvida

por sistemas deste tipo, algumas peculiaridades devem ser

observadas para que um sistema solar fotovoltaico seja integrado ao

entorno construído e conectado à rede elétrica pública sem maiores

dificuldades. A instalação de sistemas deste tipo nos campi da UFSC

e USP demonstrou a simplicidade de instalação de um sistema com

um projeto de engenharia adequado.

As tecnologias de filmes finos são promissoras para o

futuro da aplicação em larga escala da energia solar fotovoltaica ao

entorno construído por demandarem pouca energia e matérias primas

na sua fabricação e pelo seu grande potencial de redução de custos

se produzidos em grande escala. Aspectos estéticos também são

melhor atendidos pelas tecnologias fotovoltaicas de filmes finos, razão

pela qual poderão vir a dominar as aplicações integradas ao entorno

construído no Brasil no futuro próximo.

Sistemas solares fotovoltaicos integrados a edificações

urbanas dispensam os custos relativos à área ocupada por sistemas

montados junto ao solo, bem como os custos de preparação do terreno,

fundações, sistemas de suporte estrutural, distribuição elétrica e

conexão à rede. O envelope da edificação proporciona a área e a


Ricardo Rüther

estrutura de suporte; a instalação elétrica predial passa a ser a

interface do gerador fotovoltaico com a rede elétrica convencional.

Geradores solares instalados em edificações geram energia à jusante

do relógio medidor e portanto dispensam a compra de energia a custo

de consumidor, enquanto que plantas geradoras centralizadas geram

energia à montante do sistema de T & D, com valor portanto equivalente

aos custos no barramento praticados pelas concessionárias elétricas.

Para o sistema elétrico nacional, instalações deste tipo também

apresentam vantagens econômicas diretas e indiretas, relacionadas

ao custo evitado. A Alemanha, um dos principais mercados da

tecnologia fotovoltaica, instituiu tarifas diferenciadas para os edifícios

solares fotovoltaicos; as concessionárias alemãs compram a energia

gerada por edifícios solares a uma tarifa de US$ 723/MWh (com tarifa

garantida por 20 anos [Siemer, 2003]), o que torna o investimento

atrativo. O custo deste programa de incentivo é diluído na tarifa de

todos os consumidores, com impacto desprezível (


80

. Conclusões .

Edifícios Solares Fotovoltaicos

empregos diretos na fabricação dos módulos fotovoltaicos e indiretos

na sua integração e instalação. O mercado denominado off-grid, das

aplicações de pequeno porte em sistemas isolados, se ressente da

pequena escala e natureza dispersa destes serviços 8 . A instalação de

forma intensiva de edifícios solares fotovoltaicos proporciona um salto

quântico na resolução destes problemas.

8 Enquanto que uma instalação solar fotovoltaica integrada a uma edificação urbana residencial típica

e interligada à rede elétrica pública tem potência instalada de 2.000Wp ou mais, um sistema

fotovoltaico residencial isolado típico tem potência instalada de 200Wp ou menos. A natureza

concentrada dos sistemas urbanos tem o potencial de estabelecer um mercado de produtos e serviços

fotovoltaicos altamente qualificado.


Ricardo Rüther

Agradecimentos

O autor agradece à Fundação Alexander von Humboldt

(AvH, www.avh.de), que no âmbito de seu programa de follow-up

financiou o projeto e o equipamento do primeiro edifício solar

fotovoltaico do Brasil, que deu origem a todo o trabalho do LABSOLAR/

UFSC nesta área, bem como ao Conselho Nacional de

Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq, www.cnpq.br) e ao

Centro de Pesquisas da Petrobras (CENPES-PETROBRAS,

www.petrobras.com.br) pelo apoio financeiro para a publicação deste

livro. Aos colegas do LABSOLAR/UFSC e LabEEE/UFSC, o autor

agradece especialmente pelo apoio e colaboração.

81

. Agradecimentos .


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grid-connected, building-integrated, amorphous silicon photovoltaic

installation in Brazil, Progress in Photovoltaics: Research and

Applications, Vol. 8.

Rüther, R. [2001] Grid-connected PV systems in Brazil can push PV to

mass production, 17 th European Photovoltaic Solar Energy Conference,

Munique, Alemanha.

Rüther, R.; Tamizh-Mani, G.; del Cueto, J.; Montenegro, A.A. & von

Roedern, B. [2003] Performance test of amorphous silicon modules in

different climates: higher minimum operating temperatures lead to higher

performance levels, 3 rd World Conference on Photovoltaic Energy

Conversion, Osaka, Japão.

Rüther, R.; Beyer, H.G.; Montenegro, A.A.; Dacoregio, M.M. & Knob, P.

[2004] Performance results of the first grid-connected, thin-film PV

installation in Brazil: high performance ratios over six years of continuous

operation, 19 th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Paris,

França.


Ricardo Rüther

Shah, A.; Meier, J.; Tscharner, R. & Wyrsch, N. [1992] Photovoltaic

Power Generation, Plasma Physics & Controlled Fusion, vol. 37.

Sick, F. & Erge, T. [1996] Photovoltaics in Buildings – A design handbook

for architects and engineers, International Energy Agency, James &

James Science Publishers.

Siemer, J. [2003] German PV train rolls on, Photon International, Vol.

December 2003.

Starrs, T.J. & Wenger, H. [1998] Promoting profitable home power,

Home Energy, Vol. Jan/Feb.

Toledo, L.M.A. [1995] Uso de energia elétrica em edifícios públicos e

comerciais de Florianópolis, Dissertação de Mestrado, Curso de Pós-

Graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa

Catarina.

US – DOE [1996] Photovoltaics can add capacity to the utility grid,

U.S.Department of Energy.

US – DOE [1997a] Solar electric buildings – an overview of today’s

applications, U.S.Department of Energy.

US – DOE [1997b] Customer-sited photovoltaics, U.S. Department of

Energy.

van der Borg, N.J.C.M. & Wiggelinkhuizen, E.J. [2001] Building

integration of photovoltaic power systems using amorphous silicon

modules: irradiation losses due to non-conventional orientations, ECN

Report ECN-C-01-068.

Wiles, J.C. [1991] Photovoltaic safety equipment and the national

electrical code, 22 nd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Las

Vegas, EUA.

Würth Elektronik [1997], Line-commutated sine-wave inverter, Catálogo

técnico Würth Elektronik GmbH.

Zilles, R. & Oliveira, S.H.F. [2001] 6.3kWp photovoltaic building

integration at São Paulo University, 17 th European Photovoltaic Solar

Energy Conference, Munique, Alemanha.

87

. Referências bibliográficas .


Anexo I

Resolução ANEEL 112, de 18 de maio de 1999


AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA - ANEEL

RESOLUÇÃO N o 112, DE 18 DE MAIO DE 1999.

Estabelece os requisitos necessários à obtenção de Registro ou Autorização

para a implantação, ampliação ou repotenciação de centrais geradoras termelétricas,

eólicas e de outras fontes alternativas de energia.

O DIRETOR-GERAL DA AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA -

ANEEL, no uso de suas atribuições regimentais, de acordo com Deliberação da Diretoria,

tendo em vista o disposto nos incisos IV e XXXI do art. 4 o do Anexo I do Decreto n o

2.335, de 6 de outubro de 1997, no art. 6 o , no inciso I do art. 7 o , no art. 8 o e no § 3 o do art.

17 da Lei n o 9.074, de 7 de julho de 1995, com nova redação dada pela Lei n o 9.648, de

27 de maio de 1998, no inciso I do art. 4 o e no art. 5 o do Decreto n o 2.003, de 10 de

setembro de 1996, no art. 4 o do Decreto n o 2.655, de 2 de julho de 1998, e considerando:

a necessidade de atualizar os procedimentos contidos nas Normas DNAEE

n os 10 a 13 para Apresentação e Aprovação de Estudos e Projetos de Usinas Termelétricas,

aprovadas pela Portaria DNAEE n o 187, de 21 de outubro de 1988, e de estabelecer

procedimentos para as centrais geradoras eólicas e de outras fontes alternativas de

energia, no que se refere a solicitação de Registro ou Autorização para a sua implantação

ou ampliação;

as mudanças estruturais e institucionais do setor de energia elétrica

brasileiro, resolve:

DO OBJETO

Art. 1 o Estabelecer os requisitos necessários à obtenção de Registro ou

Autorização, junto à Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL, para a implantação,

ampliação ou repotenciação de centrais geradoras termelétricas, eólicas e de outras

fontes alternativas de energia.

DA APLICAÇÃO

Art. 2 o O disposto nesta Resolução aplica-se a:

I – pessoa jurídica ou empresas reunidas em consórcio interessadas em

91

. Anexo I .


92

produzir energia elétrica destinada à comercialização sob forma de produção

independente;

II – pessoa física, pessoa jurídica ou empresas reunidas em consórcio

interessadas em produzir energia elétrica destinada ao seu uso exclusivo;

III – registro de centrais geradoras termelétricas, eólicas e de outras fontes

alternativas de energia, de potência até 5.000 kW, destinadas à execução de serviço

público; e

IV – ampliação e repotenciação de centrais geradoras termelétricas, eólicas

e de outras fontes alternativas de energia destinadas à execução de serviço público.

Parágrafo único. As centrais geradoras referidas nesta Resolução não

compreendem aquelas cuja fonte de energia primária seja hidráulica.

DO REGISTRO

Art. 3 o O Registro de implantação, ampliação ou repotenciação de centrais

geradoras termelétricas, eólicas e de outras fontes alternativas de energia, com potência

igual ou inferior a 5.000 kW, deverá ser solicitado à ANEEL mediante requerimento,

acompanhado de Ficha Técnica preenchida, na forma dos modelos anexos, conforme o

caso.

DOS ESTUDOS DE VIABILIDADE

Art. 4 0 A realização de estudos de viabilidade de centrais geradoras

termelétricas, eólicas e de outras fontes alternativas de energia não necessita de prévia

autorização. Entretanto, facultativamente, a mesma poderá ser solicitada à ANEEL,

mediante requerimento contendo dados e informações a seguir indicados, não gerando,

porém, direito de preferência, exclusividade ou garantia de obtenção da Autorização

para implantação da respectiva central geradora:

I - nome ou razão social, número de inscrição no Cadastro de Pessoas

Físicas – CPF ou número do registro no Cadastro Nacional de Pessoas Jurídicas – CNPJ

do Ministério da Fazenda – MF, endereço da empresa ou empreendedor e o nome do

representante legal da empresa;

II - denominação, potência e localização da central geradora, com indicação

do Município e do Estado da Federação;

. Anexo I .


III - características técnicas gerais da central geradora;

IV - finalidade a que se destina a energia elétrica;

V - finalidades previstas além de geração de energia elétrica;

VI - combustíveis previstos; e

VII - prazo previsto para conclusão dos estudos e projetos.

DA AUTORIZAÇÃO

Art. 5 o A Autorização para implantação, ampliação ou repotenciação de

centrais geradoras termelétricas, eólicas e de outras fontes alternativas de energia, com

potência superior a 5.000 kW, deverá ser solicitada à ANEEL, mediante requerimento,

acompanhado de relatório contendo os seguintes requisitos:

I - Requisitos Legais :

a) nome ou razão social, número de inscrição no Cadastro de Pessoas

Físicas – CPF ou número do registro no Cadastro Nacional de Pessoas Jurídicas – CNPJ

do Ministério da Fazenda – MF, endereço da empresa ou empreendedor e o nome do

representante legal da empresa;

acionária;

b) contrato ou estatuto social da empresa, com indicação da composição

c) denominação e localização da central geradora, com indicação do

Município e do Estado da Federação;

d) prova de propriedade da área ou do direito de dispor livremente do

terreno, onde será implantada a central geradora ;

e) acordo de fornecimento comprovando, quando for o caso, a

disponibilidade do combustível a ser utilizado; e

f) certificados de regularidade perante a Seguridade Social e o FGTS, e

certidões de regularidade para com as Fazendas Federal, Estadual e Municipal do

domicílio ou sede do interessado.

93

. Anexo I .


94

II - Requisitos Técnicos :

a) arranjo geral e memorial descritivo da central geradora, contendo suas

características técnicas principais, incluindo a respectiva subestação e as demais

instalações de conexão ao sistema de transmissão, à rede de distribuição e/ou

diretamente a outros consumidores;

b) finalidade a que se destina a energia elétrica;

c) finalidades previstas além da geração de energia elétrica;

d) estudo comprovando a disponibilidade dos combustíveis previstos;

e) fluxograma simplificado do processo;

f) diagrama elétrico unifilar geral;

g) balanço térmico da planta para as condições de operação com cem,

setenta e cinco e cinquenta por cento de carga, onde aplicável;

h) fluxograma do sistema de resfriamento da central geradora, contendo

vazões e temperaturas, onde aplicável;

e

i) ficha técnica preenchida na forma dos modelos anexos, conforme o caso;

j) cronograma geral de implantação da central geradora destacando as datas

de elaboração do projeto básico, elaboração do projeto executivo, obtenção das licenças

ambientais, início da construção, implementação da subestação e respectivo sistema

de transmissão associado, conclusão da montagem eletromecânica, comissionamentos

e início da operação comercial de cada unidade geradora.

Art. 6 o A não apresentação de qualquer dos dados, informações e

documentos, referidos nos arts. 3 o , 4 o e 5 o desta Resolução, acarretará a sustação do

respectivo requerimento até o integral cumprimento de todas as exigências.

Art. 7 o A ANEEL examinará o histórico do interessado, quanto ao

comportamento e penalidades acaso imputadas, no desenvolvimento de outros processos

de autorização e concessão dos serviços de energia elétrica.

. Anexo I .


português.

DAS DISPOSIÇÕES GERAIS

Art. 8 o Toda documentação a ser apresentada deverá estar no idioma

Art. 9 o Os desenhos, mapas, plantas e gráficos deverão ser numerados e

apresentados obedecendo às correspondentes normas da Associação Brasileira de

Normas Técnicas – ABNT, em escalas gráficas, de tal forma que se permita identificar

claramente os seus elementos, em todas as folhas, abrangendo a identificação e o local

do empreendimento, sua área de influência e outros detalhes imprescindíveis à sua

localização e inserção na região.

Art. 10. Toda documentação técnica a ser apresentada deverá ser assinada

pelo Engenheiro Responsável Técnico (RT), não sendo aceitas cópias de assinaturas.

§ 1 o A Autorizada será responsável pelas Anotações de Responsabilidade

Técnica (ART’s) do empreendimento perante o Conselho Regional de Engenharia,

Arquitetura e Agronomia – CREA.

§ 2 o Para cada responsável Técnico (RT), deverá ser indicada a região e o

número de seu registro no respectivo Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e

Agronomia - CREA.

Art. 11. Toda documentação técnica a ser apresentada, conforme listado

nos arts. 4 o e 5 o desta Resolução, poderá também ser apresentada, em igual teor, em

meio digital, em CD – ROM, informando o software utilizado.

Art. 12. Quaisquer modificações dos dados apresentados na solicitação

de Registro ou Autorização, que impliquem alterações significativas nas características

do empreendimento, deverão ser informadas à ANEEL, imediatamente.

Art. 13. A ANEEL poderá solicitar outros dados e informações correlatos, ou

a complementação daqueles já apresentados, para melhor instrução e análise do

requerimento de Autorização.

Art. 14. A Autorizada deverá submeter-se aos “Procedimentos de Rede”,

elaborados pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico - ONS e aprovados pela ANEEL,

nos requisitos de planejamento, implantação, conexão, operação e de todas as

responsabilidades relacionadas ao seu sistema de transmissão.

Parágrafo único. A Autorizada deverá, após o início de operação da central

geradora , pagar os encargos de uso dos sistemas de distribuição e transmissão de

acordo com a regulamentação específica.

95

. Anexo I .


96

Art. 15. A Autorizada deverá atender e cumprir a legislação relativa aos

recursos hídricos, no que se refere à captação e lançamento de água de uso na central

geradora.

Art. 16. Para fins de início das obras de implementação e início de operação

a Autorizada deverá remeter à ANEEL, obrigatoriamente, previamente ao início da

construção da central geradora bem assim de sua operação, cópia das Licenças de

Instalação (LI) e de Operação (LO), respectivamente, emitidas pelo Orgão Licenciador

Ambiental.

Art. 17. A Autorizada, além de atender ao disposto no art. 5 o desta Resolução,

deverá manter em seu arquivo, à disposição da ANEEL, os seguintes documentos:

I - Estudo de Impacto Ambiental (EIA) , Relatório de Impacto Ambiental

(RIMA) ou estudo ambiental formalmente requerido pelo órgão ambiental conforme

legislação específica de meio ambiente;

II - Projeto Básico; e

III - resultados dos ensaios de comissionamento.

Art. 18. Esta Resolução entra em vigor na data de sua publicação, revogandose

a Portaria DNAEE n o 187, de 21 de outubro de 1988, e demais disposições em

contrário.

ANEEL\Resolução\022L0102

. Anexo I .

JOSÉ MÁRIO MIRANDA ABDO


ANEEL

AGÊNCIA NACIONAL DE

ENERGIA ELÉTRICA

FICHA TÉCNICA

CENTRAIS GERADORAS EÓLICAS

SCG

SUPERINTENDÊNCIA DE

CONCESSÕES E

AUTORIZAÇÕES DE

GERAÇÃO

ENDEREÇO: SGAN 603 - MÓDULO J - TEL.: (061) 312-5753 – FAX.: (061) 312-5777 - CEP. 70.830.030 - BRASÍLIA - DF

1. IDENTIFICAÇÃO DO EMPREENDIMENTO:

DENOMINAÇÃO DO EMPREENDIMENTO:

PROPRIETÁRIO:

ENDEREÇO DO PROPRIETÁRIO:

DISTRITO: MUNICÍPIO: ESTADO:

CNPJ/CPF: TEL.: ( ) FAX.: ( ) E–mail:

FINALIDADE PRODUTOR INDEPENDENTE.. ✟ AUTOPRODUTOR... ✟ SERVIÇO PÚBLICO... ✟

SISTEMA ISOLADO........................................ ✟ INTERLIGADO............................... ✟ INTEGRADO.................................. ✟

2. CARACTERIZAÇÃO DO LOCAL DO EMPREENDIMENTO:

ENDEREÇO:

MUNICÍPIO: ESTADO:

TEL.: ( ) FAX.: ( ) E–mail:

COORDENADAS GEOGRÁFICAS LATITUDE: LONGITUDE:

ALTITUDE (m): Temperatura Ambiente Média Anual( O C): Umidade Relativa Média Anual (%):

VELOCIDADE MÉDIA ANUAL DO VENTO(m/s): FATOR DE WEIBULL K: FATOR DE WEIBULL c:

RUGOSIDADE MÉDIA DO TERRENO: INTENSIDADE DE TURBULÊNCIA MÉDIA ANUAL:

INTENSIDADE DE TURBULÊNICA MÁXIMA: MÁXIMA RAJADA DE VENTO LOCAL (m/s):

3. CUSTOS ÍNDICES:

R$/kW: DATA BASE: / / R$/kWh: : DATA BASE: / /

4. CENTRAL GERADORA EÓLICA:

FABRICANTE DAS TURBINAS: TIPO:

NUMERO DE TURBINAS: POTÊNCIA INSTALADA TOTAL (kW):

Turbina(s) N

TURBINAS EÓLICAS – ESPECIFICAÇÕES (1)

os : 01 a Potência nominal: (kW) Potência de referência: (kW) Máxima potência gerada: (kW)

(média de 10 minutos)

Controle de Potência Passo Fixo(STALL) ✟ Passo Variável (PITCH) ✟ Controle de escorregamento ✟ Conversor de freqüência ✟

Velocidade de Vento (m/s) Nominal: Partida(CUT IN): Máxima(CUT OUT):

Nível de Ruído na base da torre(Db) : Rotações de operação :

(RPM)

Número de Pás: Comprimento das pás (m) :

(RPM)

TORRES – ESPECIFICAÇÕES (1)

Torres(s) N os : 01 a ALTURA (m): Tipo treliçada ✟ Tipo cilíndrica ✟ Material : Peso (kgf):

GERADORE(S)

NÚMERO

01 a

Potência Nominal

Aparente

(kVA)

GERADORES – ESPECIFICAÇÕES (1)

Rotações de

Operação

Rotação / Potência

(rpm)

Tensão

(kV)

Fator de

potência

Classe de

isolamento

Data de

entrada em

operação

Número máximo de chaveamentos/conexões do gerador em 2 horas durante a :

1. Entrada de operação do gerador/enrolamento no.1 na velocidade de vento de partida da turbina eólica (CUT IN): _________

2. Entrada de operação do gerador/enrolamento no.2 na velocidade de vento de mudança de gerador/enrolamento: _________ (*)

(*) para unidades com dois geradores/enrolamentos

RESPONSÁVEL TÉCNICO:

NOME: N o ASSINATURA:

DE REGISTRO NO CREA: REGIÃO:

LOCAL: DATA:

(1) – NÃO SENDO OS ESPAÇOS SUFICIENTES PARA ENTRADA DE TODOS OS DADOS ( OU DADOS ESPECÍFICOS DE UM DETERMINADO

EQUIPAMENTO), FAVOR AMPLIÁ-LOS ADEQUADAMENTE.

(Incluir linhas onde necessário)

97

. Anexo I .


98

ANEEL

AGÊNCIA NACIONAL DE

ENERGIA ELÉTRICA

FICHA TÉCNICA

CENTRAIS GERADORAS FOTOVOLTAICAS

SCG

SUPERINTENDÊNCIA DE

CONCESSÕES E

AUTORIZAÇÕES DE

GERAÇÃO

ENDEREÇO: SGAN 603 - MÓDULO J - TEL.: (061) 312-5753 – FAX.: (061) 312-5777 - CEP. 70.830.030 - BRASÍLIA - DF

1. IDENTIFICAÇÃO DO EMPREENDIMENTO:

DENOMINAÇÃO DO EMPREENDIMENTO:

PROPRIETÁRIO:

ENDEREÇO DO PROPRIETÁRIO:

DISTRITO: MUNICÍPIO: ESTADO:

CNPJ/CPF: TEL.: ( ) FAX.: ( ) E–mail:

FINALIDADE PRODUTOR INDEPENDENTE... AUTOPRODUTOR... SERVIÇO PÚBLICO...

SISTEMA ISOLADO........................................ INTERLIGADO............................... INTEGRADO..................................

2. LOCALIZAÇÃO DO EMPREENDIMENTO:

ENDEREÇO:

DISTRITO: MUNICÍPIO: ESTADO:

TEL.: ( ) FAX.: ( ) E–mail:

COORDENADAS GEOGRÁFICAS LATITUDE: LONGITUDE:

ALTITUDE (m): Temperatura Ambiente Média Anual ( O C): Umidade Relativa Média Anual (%):

3. CUSTOS ÍNDICES: (NÃO INCLUIR SUBESTAÇÃO E RESPECTIVO SISTEMA DE TRANSMISSÃO ASSOCIADO)

R$/kW: - DATA BASE: / / R$/kWh: : - DATA BASE: / /

4. CENTRAL GERADORA FOTOVOLTAICA:

POTÊNCIA INSTALADA TOTAL (kW): NÚMERO DE ARRANJOS:

ÁREA TOTAL DA CENTRAL GERADORA (m 2 ): FATOR DE CAPACIDADE:

ARRANJOS

N.º de Placas por

Arranjo

MÓDULOS DA CENTRAL GERADORA FOTOVOLTAICA (1):

Área do Arranjo

(m 2 )

Potência de Pico

(kW)

Energia Produzida

(kWh/mês)

FABRICANTE

01

02

(1)

Operação CC - Tensão de Operação (V): Tensão de circuito Aberto (V): Corrente de Curto Circuito (A):

Potência do Inversor (kW): Tensão do Inversor (V):

RENDIMENTO (%): Tensão de Conexão (kV): DATA DE ENTRADA EM OPERAÇÃO (1) :

REGIME OPERACIONAL:

RESPONSÁVEL TÉCNICO:

NOME: N o DE REGISTRO NO CREA: REGIÃO:

ASSINATURA:

LOCAL: DATA:

(1) – NÃO SENDO OS ESPAÇOS SUFICIENTES PARA ENTRADA DE TODOS OS DADOS ( OU DADOS ESPECÍFICOS DE UM DETERMINADO

EQUIPAMENTO), FAVOR AMPLIÁ-LOS ADEQUADAMENTE. (Incluir linhas onde necessário)

. Anexo I .


ANEEL

AGÊNCIA NACIONAL DE

ENERGIA ELÉTRICA

FICHA TÉCNICA

CENTRAIS GERADORAS TERMELÉTRICAS

SCG

SUPERINTENDÊNCIA DE

CONCESSÕES E

AUTORIZAÇÕES DE

GERAÇÃO

ENDEREÇO: SGAN 603 - MÓDULO J - TEL.: (061) 312-5753 – FAX.: (061) 312-5777 - CEP. 70.830.030 - BRASÍLIA - DF

1. IDENTIFICAÇÃO DO EMPREENDIMENTO:

DENOMINAÇÃO DO EMPREENDIMENTO:

PROPRIETÁRIO:

ENDEREÇO DO PROPRIETÁRIO:

DISTRITO: MUNICÍPIO: ESTADO:

CNPJ/CPF: TEL.: ( ) FAX.: ( ) E–mail:

FINALIDADE PRODUTOR INDEPENDENTE... ✟ AUTOPRODUTOR... ✟ SERVIÇO PÚBLICO... ✟

SISTEMA ISOLADO........................................ ✟ INTERLIGADO............................... ✟ INTEGRADO.................................. ✟

2. LOCALIZAÇÃO DO EMPREENDIMENTO:

ENDEREÇO:

DISTRITO: MUNICÍPIO: ESTADO:

TEL.: ( ) FAX.: ( ) E–mail:

COORDENADAS GEOGRÁFICAS LATITUDE: LONGITUDE:

ALTITUDE (m): Temperatura Ambiente Média Anual ( O C): Umidade Relativa Média Anual (%):

3. CUSTOS ÍNDICES: (NÃO INCLUIR SUBESTAÇÃO E RESPECTIVO SISTEMA DE TRANSMISSÃO ASSOCIADO)

R$/kW: DATA BASE: / / R$/kWh: : DATA BASE: / /

4. CENTRAL GERADORA TERMELÉTRICA:

Potência Instalada Total Bruta (kW): Consumo Interno (kW):

N o de Unidades Geradoras: Fator de Disponibilidade:

Combustível Principal: “Heat Rate” da Central Geradora ( kJ/kWh) :

Combustíveis Alternativos: Poder Calorífico Inferior - PCI (kJ/kg) – Combustível Principal :

Consumo de Combustível (kg/dia): ou (Nm 3 /dia) : Densidade (kg/Nm 3 ) ou (kg/m 3 ) – Combustível Principal :

GERADORES ELÉTRICOS DA CENTRAL GERADORA TERMELÉTRICA (1):

GERADORES

01

02

(1)

EQUIPAMENTO

MOTRIZ

Potência

(kVA)

Tensão

(kV)

Fator de

Potência

Freqüência

(Hz)

Classe de

Isolamento

Rotação

(rpm)

Fabricante

EQUIPAMENTO MOTRIZ DA CENTRAL GERADORA TERMELÉTRICA (1):

Tipo (2)

Potência

(kW)

Rotação

(rpm)

Fabricante

01

02

(1)

(2) TURBINA A VAPOR / MOTOR A PISTÃO / TURBINA A GÁS INDUSTRIAL / TURBINA A GÁS AERODERIVADA

CICLO TÉRMICO SIMPLES........... ✟ CICLO TÉRMICO COMBINADO........... ✟ COGERAÇÃO........... ✟

SISTEMA DE RESFRIAMENTO EM CICLO ABERTO...... ✟

Vazão de água na captação(m 3 /s):

Temperatura da água ( O C):

GERADORES

DE VAPOR

01

02

(1)

Data Prevista de

Entrada em Operação

Comercial

“Heat Rate” (base PCI)

� (kJ / kWh)

ou Consumo Específico

� (------/kWh)

SISTEMA DE RESFRIAMENTO EM CICLO FECHADO...... ✟

Vazão de água de “MAKE-UP” (m 3 /dia):

Temperatura da água ( O C):

GERADORES DE VAPOR DA CENTRAL GERADORA TERMELÉTRICA (1):

Tipo

RESPONSÁVEL TÉCNICO:

Produção de Vapor

(p/Energia Elétrica)

(t/h)

Produção de Vapor

(p/ Processo)

(t/h)

Pressão de Vapor

(bar)

NOME: N o DE REGISTRO NO CREA: REGIÃO:

ASSINATURA:

LOCAL: DATA:

Temperatura

(ºC)

(1) NÃO SENDO OS ESPAÇOS SUFICIENTES PARA ENTRADA DE TODOS OS DADOS ( OU DADOS ESPECÍFICOS DE UM DETERMINADO

EQUIPAMENTO), FAVOR AMPLIÁ-LOS ADEQUADAMENTE. (Incluir linhas onde necessário)

99

. Anexo I .


Anexo II

Mapas sazonais do Atlas Solarimétrico do Brasil


Mapa Mapa 1A: 1A: Irradiação

média diária

Janeiro (verão).

103

Mapa Mapa 1B: 1B: Variabilidade

da irradiação diária ao

longo do mês

Janeiro (verão).

. Anexo II .


104

Mapa Mapa 2A: 2A: Irradiação

média diária

Abril (outono).

Mapa Mapa 2B: 2B: Variabilidade

da irradiação diária ao

longo do mês

Abril (outono).

. Anexo II .


Mapa Mapa 3A: 3A: Irradiação

média diária

Julho (inverno).

Mapa Mapa 3B: 3B:

3B:

Variabilidade da

irradiação diária ao

longo do mês

Julho (inverno).

105

. Anexo II .


106

Mapa Mapa 4A: 4A: Irradiação

média diária

Outubro (primavera).

Mapa Mapa 4B: 4B: 4B: Variabilidade

da irradiação diária ao

longo do mês

Outubro primavera).

. Anexo II .


Anexo III

Sites da Internet com informações adicionais

relativas aos Edificios Solares Fotovoltaicos e outras

Fontes Renováveis de Energias


Edifícios solares fotovoltaicos

www.labsolar.ufsc.br

www.iee.usp.br

www.task7.org

www.iea-pvps.org

www.ise.fhg.de/english/fields/field4/index.html

www.nrel.gov/buildings/pv/

www.smartroofsolar.com

www.uni-solar.com/bipv_comm.html

www.wuerth-elektronik.de/we_web/frames.php?parLANG=DE&parKAT=251

www.asepv.com

Conversão Fotovoltaica de Energia Solar

www.labsolar.ufsc.br/Ruther/index.html

> link “fotovoltaica.pdf”

www.labsolar.ufsc.br

> link “Produtos e Serviços” (à esquerda)

> link “Livro Fontes Não-convencionais de Energia”

www.labsolar.ufsc.br/evento2000

> link “palestras”

www.labsolar.ufsc.br

> link “eventos”

> link “Brasil Solar”

www.solar.ufrgs.br

www.scientificsonline.com (venda de pequenos kits fotovoltaicos)

www.aondevamos.eng.br

www.energiapura.com

www.planetasolar.com.br

www.heliodinamica.com.br

www.cresesb.cepel.br

109

. Anexo III .


110

www.pvportal.com

www.pvportal.com

> link “Brazil” - à direita (indicação de todas as empresas, universidades

e institutos de pesquisa que trabalham na área, no Brasil)

www.pvportal.com

> link “Cheapest” - à esquerda

(indicação dos módulos fotovoltaicos mais baratos)

www.solarbuzz.com

www.mrsolar.com

Energia Solar para Aquecimento de Água

www.labsolar.ufsc.br

www.solar.ufrgs.br

www.soletrol.com.br

(ver também link “Centro de Treinamento PRAÇA DO SOL”)

www.portalabrava.com.br

www.agenciaenergia.com.br

www.solares-online.com.br

www.cresesb.cepel.br

www.green.pucminas.br

Radiação solar no brasil, por regiões e períodos

www.labsolar.ufsc.br

> link “Produtos e Serviços” (à esquerda)

> link “Atlas de Irradiação Solar do Brasil”

www.labsolar.ufsc.br

> link “Produtos e Serviços” (à esquerda)

> link “Livro Fontes Não-convencionais de Energia”

www.solar.ufrgs.br

(Softwares RADIASOL e ESPECTRO - download gratuito)

. Anexo III .


Programas para cálculo da declinação magnética

(diferença entre o Norte Geográfico e o Norte Magnético)

www.pangolin.co.nz/almanac.php

www.pangolin.co.nz/downloads/alma_su.exe

(para versão gratuita por 30 dias)

www.on.br

(Site do Observatório Nacional-CNPq- solicitar via e-mail o Programa

ELEMAG)

Energia Eólica

www.windpower.org

www.enercon.com.br

www.energiapura.com

www.cresesb.cepel.br

www.aondevamos.eng.br

www.labsolar.ufsc.br/evento2000

> link “Palestras”

www.labsolar.ufsc.br

> link “Produtos e Serviços” (à esquerda)

> link “Livro Fontes Não-convencionais de Energia”

Mapas de levantamentos de energia eólica existente no Brasil

www.cresesb.cepel.br

Biomassa

www.labsolar.ufsc.br/evento2000

> link “Palestras”

www.aondevamos.eng.br

www.cresesb.cepel.br

111

. Anexo III .


112

Livros e artigos sobre energias renováveis:

www.labsolar.ufsc.br

> link “Produtos e Serviços” (à esquerda)

> link “Livro Fontes Não-convencionais de Energia”

www.labeee.ufsc.br/publicacoes/publicacoes.html

www.cresesb.cepel.br

www.aondevamos.eng.br

www.livrariacultura.com.br

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www.periodicos.capes.gov.br

Clipping de notícias sobre energia

www.energynews.efei.br

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Normas técnicas:

www.abntdigital.com.br

Eficiência Energética em Edificações

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Desenvolvimento Sustentável

www.carbonobrasil.com

(com informações também sobre o Mercado de Carbono)

. Anexo III .


Ministério das Minas e Energia

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www.mme.gov.br

> link “publicações”

113

. Anexo III .


Esta edição utiliza as fontes Helvetica (45 Light,

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